Linux系统调用分析

在HelloWorld程序中，我们可以调用libc中的getpid函数获取当前进程的进程号。HelloWorld是运行在用户空间，那么它是如何通过系统调用切换到内核空间来获取PID的呢？原来，在unistd.h中声明了函数原型，正是由于这个声明，我们才能在HelloWorld中调用getpid函数。

extern pid_t  getpid(void);

很多Linux下C语言写的程序都需要包含 <unistd.h>这个文件，正是这个原因：它声明了大量的系统调用函数。所以说这个文件并不是C语言自己的，而是Linux系统的！

在libc中，getpid是用汇编语言写的，将系统调用号__NR_getpid写入寄存器R7（对于其它系统调用，如果有参数，则保存在其它的寄存器中），然后执行ARM的SWI软中断指令进入内核模式，开始执行内核空间的代码。

ENTRY(getpid)
    mov     ip, r7
    ldr     r7, =__NR_getpid
    swi     #0
    mov     r7, ip
    cmn     r0, #(MAX_ERRNO + 1)
    bxls    lr
    neg     r0, r0
    b       __set_errno
END(getpid)

系统调用号__NR_getpid的定义如下：

#define __NR_getpid (__NR_SYSCALL_BASE+ 20)

SWI的中断处理函数内部，会根据中断号去调用真正的sys_getpid函数，其定义在kernel/sys.c中：

/**
 * sys_getpid - return the thread group id of the current process
 *
 * Note, despite the name, this returns the tgid not the pid.  The tgid and
 * the pid are identical unless CLONE_THREAD was specified on clone() in
 * which case the tgid is the same in all threads of the same group.
 *
 * This is SMP safe as current->tgid does not change.
 */
SYSCALL_DEFINE0(getpid)
{
    return task_tgid_vnr(current);
}

至此，完整的调用链条浮出水面： HelloWorld(user space) --> getpid(libc) --> ISR(SWI) --> sys_getpid(kernel)。其实是libc帮我们封装好了系统调用的接口，如果我们不用libc，而是直接用汇编操作系统调用的接口，也是可以进行系统调用的。

这里再讲一下系统调用的上下文，仍然属于进程上下文，不要因为软中断的概念而理解为中断上下文。其实可以这样理解：把swi看作一个函数调用，swi返回后，程序继续执行而返回getpid。只不过这个swi对应的函数调用具有特权权限，因此可以调用内核中的代码。