【xv6】system call

system call 调用过程

以 sleep 为例，追踪整个调用过程。启动 GDB 后，在 user/sleep.c 的 main() 处打上断点，然后在命令行中输入指令 sleep 25，会调用 user/user.h 声明的 sleep()。

步入后会调用 user/usys.S，可以看到 sleep 的调用汇编代码。首先将 SYS_sleep 的值写入寄存器 a7，然后调用 ecall 指令陷入内核态，进入真正的 system call，最后通过 ret 返回到用户级程序。

user/usys.S 的汇编代码由 user/usys.pl 脚本生成。

寄存器 a7 可以看到值最终修改为 13，对应了 kernel/syscall.h 中 SYS_sleep 的值。

调用 ecall 会切换到内核态，并调用 kernel/syscall.c/syscall()，获取 a7 中的调用号，然后根据调用号，在 *syscalls[] 中寻找对应的系统调用 sys_sleep()。

在找到对应的系统调用 kernel/sysproc.c/sys_sleep() 并执行后，会在其中获取保存在寄存器中的参数，并执行真正的实现 kernel/proc.c/sleep()。

如何实现一个 system call

以即将实现的 trace() 为例，描述实现一个 syscall 的具体流程。

首先在 kernel/syscall.h 中为新的 syscall 设定一个调用号，一般跟着上一个调用号顺延即可。

// ...
#define SYS_mkdir  20
#define SYS_close  21
#define SYS_trace  22

然后在 user/usys.pl 脚本中添加一个入口，会在编译生成 user/usys.S 时为 trace() 生成用户态切换到内核态的汇编代码。

# ...
entry("sleep");
entry("uptime");
entry("trace");

如上一节所言，当调用 ecall 切换到内核态后，会根据从 a7 中取得的调用号来获取对应系统调用的入口，所以需要在 kernel/syscall.c 中声明 sys_trace() 并添加到 *syscalls[] 中。

值得一提的是，kernel/syscall.c 中也定义了多个用于获取参数的功能函数，在下文中会有使用。

extern uint64 sys_trace(void);

static uint64 (*syscalls[])(void) = {
// ...
[SYS_trace]   sys_trace,
};

在 kernel/sysproc.c 中需要定义 sys_trace() 的实现。sys_trace() 不会接受任何参数，那么用户调用时的参数如何获取呢？这就用到上面提到的功能函数，在 sys_trace() 中调用它们，从寄存器中获取参数，比如获取一个 int 类型参数：

uint64
sys_trace(void) {
  int mask;
  argint(0, &mask);

  // ...
  trace(mask);
  // ...
  
  return 0;
}

拿到所需要的参数后，调用 trace()，这是系统调用的具体实现，我们定义的功能都在这个函数中实现。

最后记得在 user/user.h 中声明用户调用的 trace()，在 kernel/defs.h 中声明内核调用的 trace()。