雙核系統(tǒng)調(diào)用(ipipe)

解析系統(tǒng)調(diào)用是了解內(nèi)核架構(gòu)最有力的一把鑰匙。

在Linux內(nèi)核基礎(chǔ)上加入xenomai實(shí)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)核后，在內(nèi)核空間兩個(gè)內(nèi)核共存，實(shí)時(shí)任務(wù)需要xenomai內(nèi)核來(lái)完成實(shí)時(shí)的服務(wù)，如果實(shí)時(shí)任務(wù)需要用到linux的服務(wù)，還可以調(diào)用linux內(nèi)核的系統(tǒng)調(diào)用，你可能會(huì)好奇xenomai與linux兩個(gè)內(nèi)核共存后系統(tǒng)調(diào)用是如何實(shí)現(xiàn)的？

為什么需要系統(tǒng)調(diào)用？現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，處理器的運(yùn)行模式一般分為兩個(gè)空間：內(nèi)核空間和用戶空間，大部分應(yīng)用程序運(yùn)行在用戶空間，而操作系統(tǒng)內(nèi)核和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序運(yùn)行在內(nèi)核空間，如果應(yīng)用程序需要訪問(wèn)硬件資源或者需要內(nèi)核提供服務(wù)，該怎么辦？

為了向用戶空間上運(yùn)行的應(yīng)用程序提供服務(wù)，內(nèi)核提供了一組接口。透過(guò)該接口，應(yīng)用程序可以訪問(wèn)硬件設(shè)備和其他操作系統(tǒng)資源。這組接口在應(yīng)用程序和內(nèi)核之間扮演了使者的角色，應(yīng)用程序發(fā)送各種請(qǐng)求，而內(nèi)核負(fù)責(zé)滿足這些請(qǐng)求，這些接口就是系統(tǒng)調(diào)用，它是用戶空間和內(nèi)核空間一個(gè)中間層。

系統(tǒng)調(diào)用層主要作用有三個(gè)：

• 它為用戶空間提供了一種統(tǒng)一的硬件的抽象接口。比如當(dāng)需要讀些文件的時(shí)候，應(yīng)用程序就可以不去管磁盤(pán)類型和介質(zhì)，甚至不用去管文件所在的文件系統(tǒng)到底是哪種類型。

• 系統(tǒng)調(diào)用保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。應(yīng)用程序要訪問(wèn)內(nèi)核就必須通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用層，內(nèi)核可以在系統(tǒng)調(diào)用層對(duì)應(yīng)用程序的訪問(wèn)權(quán)限、用戶類型和其他一些規(guī)則進(jìn)行過(guò)濾，這避免了應(yīng)用不正確地訪問(wèn)內(nèi)核，保證了系統(tǒng)和各個(gè)應(yīng)用程序的安全性。

• 可移植性。可以讓?xiě)?yīng)用程序在不修改源代碼的情況下，在不同的操作系統(tǒng)或擁有不同硬件架構(gòu)的系統(tǒng)中重新編譯運(yùn)行。

回到本文開(kāi)頭的問(wèn)題，該問(wèn)題細(xì)分為如下兩個(gè)問(wèn)題：

1. 雙核共存時(shí)，如何區(qū)分應(yīng)用發(fā)起的系統(tǒng)調(diào)用是xenomai內(nèi)核調(diào)用還是linux內(nèi)核調(diào)用？

2. 一個(gè)xenomai實(shí)時(shí)任務(wù)既可以調(diào)用xenomai內(nèi)核服務(wù)，也可以調(diào)用linux內(nèi)核服務(wù)，這是如何做到的？

本文通過(guò)分析源代碼為你解答問(wèn)題1，對(duì)于問(wèn)題2，涉及雙核間的調(diào)度，本文暫不涉及，后面的文章揭曉答案。

一、32位Linux系統(tǒng)調(diào)用

我們先來(lái)看沒(méi)有ipipe和xenomai內(nèi)核時(shí)的linux系統(tǒng)調(diào)用流程是怎樣的。linux操作系統(tǒng)的API通常以C標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的方式提供，比如linux中的libc庫(kù)。C標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中提供了POSIX的絕大部分API實(shí)現(xiàn)，glibc為了提高應(yīng)用程序的性能，還對(duì)一些系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)行了封裝。此外，由于32位系統(tǒng)系統(tǒng)調(diào)用使用軟中斷 int0x80指令實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用程序也可以通過(guò)匯編直接進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用。軟中斷屬于異常的一種，通過(guò)執(zhí)行該指令陷入(trap)內(nèi)核，trap在整理的文檔 x86Linux中斷系統(tǒng)有說(shuō)明。內(nèi)核初始化過(guò)程中，通過(guò)函數(shù) tarp_init()設(shè)置IDT（Interrupt Descriptor Table 記錄每個(gè)中斷異常處理程序的地址的一張表），有關(guān) int0x80的IDT表項(xiàng)如下：

static const __initconst struct idt_data def_idts[] = {  ......  SYSG(IA32_SYSCALL_VECTOR,  entry_INT80_32),  ......};

當(dāng)產(chǎn)生系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，硬件根據(jù)向量號(hào)在 IDT 中找到對(duì)應(yīng)的表項(xiàng)，即中斷描述符，進(jìn)行特權(quán)級(jí)檢查，發(fā)現(xiàn) DPL = CPL = 3 ，允許調(diào)用。然后硬件將切換到內(nèi)核棧 (tss.ss0 : tss.esp0)。接著根據(jù)中斷描述符的 segment selector 在 GDT / LDT 中找到對(duì)應(yīng)的段描述符，從段描述符拿到段的基址，加載到 cs 。將 offset 加載到 eip。最后硬件將 ss / sp / eflags / cs / ip / error code 依次壓到內(nèi)核棧。于是開(kāi)始執(zhí)行 entry_INT80_32函數(shù)，該函數(shù)在 entry_32.S定義：

ENTRY(entry_INT80_32)  ASM_CLAC  pushl  %eax    /* pt_regs->orig_ax */  SAVE_ALL pt_regs_ax=$-ENOSYS  /* *存儲(chǔ)當(dāng)前用戶態(tài)寄存器，保存在pt_regs結(jié)構(gòu)里*/  /*   * User mode is traced as though IRQs are on, and the interrupt gate   * turned them off.   */  TRACE_IRQS_OFF
  movl  %esp, %eax  call  do_int80_syscall_32.Lsyscall_32_done:  ........Lirq_return:  INTERRUPT_RETURN/*iret 指令將原來(lái)用戶態(tài)保存的現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)回來(lái)，包含代碼段、指令指針寄存器等。這時(shí)候用戶態(tài)進(jìn)程恢復(fù)執(zhí)行。*/

在內(nèi)核棧的最高地址端，存放的是結(jié)構(gòu) ptregs，首先通過(guò) push 和 SAVEALL 將當(dāng)前用戶態(tài)的寄存器，保存在棧中 ptregs 結(jié)構(gòu)里面.保存完畢后，關(guān)閉中斷，將當(dāng)前棧指針保存到 eax，即doint80syscall32的參數(shù)1。調(diào)用doint80syscall32=>dosyscall32irqs_on。先看看沒(méi)有ipipe時(shí)Linux實(shí)現(xiàn)如下：

__always_inline void do_syscall_32_irqs_on(struct pt_regs *regs){  struct thread_info *ti = pt_regs_to_thread_info(regs);  unsigned int nr = (unsigned int)regs->orig_ax;
  .....  if (likely(nr < IA32_NR_syscalls)) {    nr = array_index_nospec(nr, IA32_NR_syscalls);    regs->ax = ia32_sys_call_table[nr](  /*根據(jù)系統(tǒng)調(diào)用號(hào)索引直接執(zhí)行*/      (unsigned int)regs->bx, (unsigned int)regs->cx,      (unsigned int)regs->dx, (unsigned int)regs->si,      (unsigned int)regs->di, (unsigned int)regs->bp);  }  syscall_return_slowpath(regs);}

在這里，將系統(tǒng)調(diào)用號(hào)從pt_reges中eax 里面取出來(lái)，然后根據(jù)系統(tǒng)調(diào)用號(hào)，在系統(tǒng)調(diào)用表中找到相應(yīng)的函數(shù)進(jìn)行調(diào)用，并將寄存器中保存的參數(shù)取出來(lái)，作為函數(shù)參數(shù)。如果仔細(xì)比對(duì)，就能發(fā)現(xiàn)，這些參數(shù)所對(duì)應(yīng)的寄存器，和 Linux 的注釋是一樣的。ia32_sys_call_table系統(tǒng)調(diào)用表生成后面解析(此圖來(lái)源于網(wǎng)絡(luò))。

相關(guān)內(nèi)核調(diào)用執(zhí)行完后，一直返回到 dosyscall32irqson ，如果系統(tǒng)調(diào)用有返回值，會(huì)被保存到 regs->ax 中。接著返回 entryINT8032 繼續(xù)執(zhí)行，最后執(zhí)行 INTERRUPTRETURN 。INTERRUPTRETURN 在 arch/x86/include/asm/irqflags.h 中定義為 iret ，iret 指令將原來(lái)用戶態(tài)保存的現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)回來(lái)，包含代碼段、指令指針寄存器等。這時(shí)候用戶態(tài)進(jìn)程恢復(fù)執(zhí)行。

系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行完畢。

二、32位實(shí)時(shí)系統(tǒng)調(diào)用

xenomai+linux雙內(nèi)核架構(gòu)下，通過(guò)I-pipe 攔截系統(tǒng)調(diào)用，并將系統(tǒng)調(diào)用定向到實(shí)現(xiàn)它們的系統(tǒng)。

實(shí)時(shí)系統(tǒng)調(diào)用，除了直接通過(guò)匯編系統(tǒng)調(diào)用外，xenomai還實(shí)現(xiàn)了libcoblat實(shí)時(shí)庫(kù)，相當(dāng)于glibc，通過(guò)libcoblat進(jìn)行xenomai系統(tǒng)調(diào)用，以libcoblat庫(kù)函數(shù)sem_open為例，libcolat庫(kù)中C函數(shù)實(shí)現(xiàn)如下：

COBALT_IMPL(sem_t *, sem_open, (const char *name, int oflags, ...)){  ......  err = XENOMAI_SYSCALL5(sc_cobalt_sem_open,             &rsem, name, oflags, mode, value);  if (err == 0) {    if (rsem != sem)      free(sem);    return &rsem->native_sem;  }  .......  return SEM_FAILED;}

libcolat庫(kù)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用使用宏 XENOMAI_SYSCALL5，XENOAI_SYSCALL宏在 includeasmxenomaisyscall.h中聲明， XENOMAI_SYSCALL5中的'5'代表'該系統(tǒng)調(diào)用有五個(gè)參數(shù)：

#define XENOMAI_DO_SYSCALL(nr, op, args...)      ({                  unsigned __resultvar;            asm volatile (                LOADARGS_##nr              "movl %1, %%eax
	"            DOSYSCALL              RESTOREARGS_##nr            : "=a" (__resultvar)            : "i" (__xn_syscode(op)) ASMFMT_##nr(args)      : "memory", "cc");          (int) __resultvar;          })
#define XENOMAI_SYSCALL0(op)      XENOMAI_DO_SYSCALL(0,op)#define XENOMAI_SYSCALL1(op,a1)      XENOMAI_DO_SYSCALL(1,op,a1)#define XENOMAI_SYSCALL2(op,a1,a2)    XENOMAI_DO_SYSCALL(2,op,a1,a2)#define XENOMAI_SYSCALL3(op,a1,a2,a3)    XENOMAI_DO_SYSCALL(3,op,a1,a2,a3)#define XENOMAI_SYSCALL4(op,a1,a2,a3,a4)  XENOMAI_DO_SYSCALL(4,op,a1,a2,a3,a4)#defineXENOMAI_SYSCALL5(op,a1,a2,a3,a4,a5)XENOMAI_DO_SYSCALL(5,op,a1,a2,a3,a4,a5)

每個(gè)宏中，內(nèi)嵌另一個(gè)宏DOSYSCALL，即實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用的int指令：int$0x80。

#defineDOSYSCALL"int$0x80
	"

系統(tǒng)調(diào)用過(guò)程硬件處理及中斷入口上節(jié)一致，從 do_syscall_32_irqs_on開(kāi)始不同，有ipipe后變成下面這樣子：

static __always_inline void do_syscall_32_irqs_on(struct pt_regs *regs){  struct thread_info *ti = current_thread_info();  unsigned int nr = (unsigned int)regs->orig_ax;/*取出系統(tǒng)調(diào)用號(hào)*/  int ret;    ret = pipeline_syscall(ti, nr, regs);/*pipeline 攔截系統(tǒng)調(diào)用*/  ......done:  syscall_return_slowpath(regs);}

套路和ipipe接管中斷類似，在關(guān)鍵路徑上攔截系統(tǒng)調(diào)用，然后調(diào)用 ipipe_handle_syscall(ti,nr,regs)讓ipipe來(lái)接管處理:

int ipipe_handle_syscall(struct thread_info *ti,       unsigned long nr, struct pt_regs *regs){  unsigned long local_flags = READ_ONCE(ti->ipipe_flags);  int ret;   if (nr >= NR_syscalls && (local_flags & _TIP_HEAD)) {/*運(yùn)行在head域且者系統(tǒng)調(diào)用號(hào)超過(guò)linux*/    ipipe_fastcall_hook(regs);      /*快速系統(tǒng)調(diào)用路徑*/    local_flags = READ_ONCE(ti->ipipe_flags);    if (local_flags & _TIP_HEAD) {      if (local_flags &  _TIP_MAYDAY)        __ipipe_call_mayday(regs);      return 1; /* don't pass down, no tail work. */    } else {      sync_root_irqs();      return -1; /* don't pass down, do tail work. */    }  }
  if ((local_flags & _TIP_NOTIFY) || nr >= NR_syscalls) {    ret =__ipipe_notify_syscall(regs);    local_flags = READ_ONCE(ti->ipipe_flags);    if (local_flags & _TIP_HEAD)      return 1; /* don't pass down, no tail work. */    if (ret)      return -1; /* don't pass down, do tail work. */  }
  return 0; /* pass syscall down to the host. */}

這個(gè)函數(shù)的處理邏輯是這樣，怎樣區(qū)分xenomai系統(tǒng)調(diào)用和linux系統(tǒng)調(diào)用？每個(gè)CPU架構(gòu)不同linux系統(tǒng)調(diào)用總數(shù)不同，在x86系統(tǒng)中有300多個(gè)，用變量 NR_syscalls表示,系統(tǒng)調(diào)用號(hào)與系統(tǒng)調(diào)用一一對(duì)應(yīng)。首先獲取到的系統(tǒng)調(diào)用號(hào) nr>=NR_syscalls，不用多想，那這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用是xenomai內(nèi)核的系統(tǒng)調(diào)用。另外還有個(gè)問(wèn)題，如果是Linux非實(shí)時(shí)任務(wù)觸發(fā)的xenomai系統(tǒng)調(diào)用，或者xenomai 實(shí)時(shí)任務(wù)要調(diào)用linux的服務(wù)，這些交叉服務(wù)涉及實(shí)時(shí)任務(wù)與非實(shí)時(shí)任務(wù)在兩個(gè)內(nèi)核之間運(yùn)行，優(yōu)先級(jí)怎么處理等問(wèn)題。這些涉及 cobalt_sysmodes[].

首先看怎么區(qū)分一個(gè)任務(wù)是realtime還是norealtime。在 task_struct結(jié)構(gòu)的頭有一個(gè)成員結(jié)構(gòu)體 thread_info，存儲(chǔ)著當(dāng)前線程的信息，ipipe在結(jié)構(gòu)體 thread_info中增加了兩個(gè)成員變量 ipipe_flags和 ipipe_data, ipipe_flags用來(lái)來(lái)標(biāo)示一個(gè)線程是實(shí)時(shí)還是非實(shí)時(shí)，TIPHEAD置位表示已經(jīng)是實(shí)時(shí)上下文。對(duì)于需要切換到xenomai上下文的系統(tǒng)調(diào)用TIP_NOTIFY置位。

struct thread_info {  unsigned long    flags;    /* low level flags */  u32      status;    /* thread synchronous flags */#ifdef CONFIG_IPIPE  unsigned long    ipipe_flags;  struct ipipe_threadinfo ipipe_data;#endif};

ipipe_handle_syscall處理邏輯：1.對(duì)于已經(jīng)在實(shí)時(shí)上下文的實(shí)時(shí)任務(wù)發(fā)起xenomai的系統(tǒng)調(diào)用，使用快速調(diào)用路徑函數(shù) ipipe_fastcall_hook(regs);2.需要切換到實(shí)時(shí)上下文或者非實(shí)時(shí)調(diào)用實(shí)時(shí)的，使用慢速調(diào)用路徑：

_ipipenotifysyscall(regs)->ipipesyscallhook(callerdomain, regs)

快速調(diào)用 ipipe_fastcall_hook(regs)內(nèi)直接 handle_head_syscall執(zhí)行代碼如下：

static int handle_head_syscall(struct ipipe_domain *ipd, struct pt_regs *regs){  ....  code = __xn_syscall(regs);  nr = code & (__NR_COBALT_SYSCALLS - 1);  ......  handler = cobalt_syscalls[code];  sysflags = cobalt_sysmodes[nr];  ........
  ret = handler(__xn_reg_arglist(regs));  .......
  __xn_status_return(regs, ret);
  .......}

這個(gè)函數(shù)很復(fù)雜，涉及xenomai與linux之間很多聯(lián)系，代碼是簡(jiǎn)化后的，先取出系統(tǒng)調(diào)用號(hào)，然后從 cobalt_syscalls取出系統(tǒng)調(diào)用入口handler，然后執(zhí)行 handler(__xn_reg_arglist(regs))執(zhí)行完成后將執(zhí)行結(jié)果放到寄存器 ax,后面的文章會(huì)詳細(xì)分析ipipe如何處理系統(tǒng)調(diào)用。

三、 64位系統(tǒng)調(diào)用

我們?cè)賮?lái)看 64 位的情況，系統(tǒng)調(diào)用，不是用中斷了，而是改用 syscall 指令。并且傳遞參數(shù)的寄存器也變了。

#define DO_SYSCALL(name, nr, args...)      ({                unsigned long __resultvar;        LOAD_ARGS_##nr(args)          LOAD_REGS_##nr            asm volatile (              "syscall
	"            : "=a" (__resultvar)          : "0" (name) ASM_ARGS_##nr        : "memory", "cc", "r11", "cx");      (int) __resultvar;        })
#define XENOMAI_DO_SYSCALL(nr, op, args...)   DO_SYSCALL(__xn_syscode(op), nr, args)
#define XENOMAI_SYSBIND(breq) XENOMAI_DO_SYSCALL(1,sc_cobalt_bind,breq)

這里將系統(tǒng)調(diào)用號(hào)使用 __xn_syscode(op)處理了一下，把最高位置1，表示Cobalt系統(tǒng)調(diào)用,然后使用syscall 指令。

#define __COBALT_SYSCALL_BIT  0x10000000#define__xn_syscode(__nr)(__COBALT_SYSCALL_BIT|(__nr))

syscall 指令還使用了一種特殊的寄存器，我們叫特殊模塊寄存器（Model Specific Registers，簡(jiǎn)稱 MSR）。這種寄存器是 CPU 為了完成某些特殊控制功能為目的的寄存器，其中就有系統(tǒng)調(diào)用。在系統(tǒng)初始化的時(shí)候，trapinit 除了初始化上面的中斷模式，這里面還會(huì)調(diào)用 cpuinit->syscall_init。這里面有這樣的代碼：

wrmsrl(MSR_LSTAR,(unsignedlong)entry_SYSCALL_64);

rdmsr 和 wrmsr 是用來(lái)讀寫(xiě)特殊模塊寄存器的。MSRLSTAR 就是這樣一個(gè)特殊的寄存器， 當(dāng) syscall 指令調(diào)用的時(shí)候，會(huì)從這個(gè)寄存器里面拿出函數(shù)地址來(lái)調(diào)用，也就是調(diào)entrySYSCALL64。該函數(shù)在'entry64.S'定義：

ENTRY(entry_SYSCALL_64)  UNWIND_HINT_EMPTY  ......  swapgs  /*   * This path is only taken when PAGE_TABLE_ISOLATION is disabled so it   * is not required to switch CR3.   */  movq  %rsp, PER_CPU_VAR(rsp_scratch)  movq  PER_CPU_VAR(cpu_current_top_of_stack), %rsp
  /* Construct struct pt_regs on stack */  pushq  $__USER_DS      /* pt_regs->ss */  pushq  PER_CPU_VAR(rsp_scratch)  /* pt_regs->sp */  pushq  %r11        /* pt_regs->flags */  pushq  $__USER_CS      /* pt_regs->cs */  pushq  %rcx        /* pt_regs->ip *//*保存用戶太指令指針寄存器*/GLOBAL(entry_SYSCALL_64_after_hwframe)  pushq  %rax        /* pt_regs->orig_ax */
  PUSH_AND_CLEAR_REGS rax=$-ENOSYS
  TRACE_IRQS_OFF
  /* IRQs are off. */  movq  %rsp, %rdi  call  do_syscall_64    /* returns with IRQs disabled */
  TRACE_IRQS_IRETQ    /* we're about to change IF */
  /*   * Try to use SYSRET instead of IRET if we're returning to   * a completely clean 64-bit userspace context.  If we're not,   * go to the slow exit path.   */  movq  RCX(%rsp), %rcx  movq  RIP(%rsp), %r11
  cmpq  %rcx, %r11  /* SYSRET requires RCX == RIP */  jne  swapgs_restore_regs_and_return_to_usermode  .......  testq  $(X86_EFLAGS_RF|X86_EFLAGS_TF), %r11  jnz  swapgs_restore_regs_and_return_to_usermode
  /* nothing to check for RSP */
  cmpq  $__USER_DS, SS(%rsp)    /* SS must match SYSRET */  jne  swapgs_restore_regs_and_return_to_usermode
  /*   * We win! This label is here just for ease of understanding   * perf profiles. Nothing jumps here.   */syscall_return_via_sysret:  /* rcx and r11 are already restored (see code above) */  UNWIND_HINT_EMPTY  POP_REGS pop_rdi=0 skip_r11rcx=1
  /*   * Now all regs are restored except RSP and RDI.   * Save old stack pointer and switch to trampoline stack.   */  movq  %rsp, %rdi  movq  PER_CPU_VAR(cpu_tss_rw + TSS_sp0), %rsp
  pushq  RSP-RDI(%rdi)  /* RSP */  pushq  (%rdi)    /* RDI */
  /*   * We are on the trampoline stack.  All regs except RDI are live.   * We can do future final exit work right here.   */  SWITCH_TO_USER_CR3_STACK scratch_reg=%rdi
  popq  %rdi  popq  %rsp  USERGS_SYSRET64END(entry_SYSCALL_64)

這里先保存了很多寄存器到 pt_regs 結(jié)構(gòu)里面，例如用戶態(tài)的代碼段、數(shù)據(jù)段、保存參數(shù)的寄存器.

然后調(diào)用 entry_SYSCALL64_slow_pat->do_syscall_64。

__visible void do_syscall_64(struct pt_regs *regs){  struct thread_info *ti = current_thread_info();  unsigned long nr = regs->orig_ax;  /*取出系統(tǒng)調(diào)用號(hào)*/  int ret;
  enter_from_user_mode();  enable_local_irqs();
  ret = ipipe_handle_syscall(ti, nr & __SYSCALL_MASK, regs);  if (ret > 0) {    disable_local_irqs();    return;  }  if (ret < 0)    goto done;  ......  if (likely((nr & __SYSCALL_MASK) < NR_syscalls)) {    nr = array_index_nospec(nr & __SYSCALL_MASK, NR_syscalls);    regs->ax = sys_call_table[nr](      regs->di, regs->si, regs->dx,      regs->r10, regs->r8, regs->r9);  }done:  syscall_return_slowpath(regs);}

與32位一樣，ipipe攔截了系統(tǒng)調(diào)用，后面的處理流程類似所以，無(wú)論是 32 位，還是 64 位，都會(huì)到linux系統(tǒng)調(diào)用表 sys_call_table和xenomai系統(tǒng)調(diào)用表 cobalt_syscalls[]這里來(lái)。

四、 實(shí)時(shí)系統(tǒng)調(diào)用表cobalt_syscalls

xenomai每個(gè)系統(tǒng)的系統(tǒng)系統(tǒng)調(diào)用號(hào)在 cobaltuapisyscall.h中：

#define sc_cobalt_bind        0#define sc_cobalt_thread_create      1#define sc_cobalt_thread_getpid      2  ......#definesc_cobalt_extend96

bind()函數(shù)在內(nèi)核代碼中對(duì)應(yīng)的聲明和實(shí)現(xiàn)為：

/*聲明*/#define COBALT_SYSCALL_DECL(__name, __args)    long CoBaLt_ ## __name __argsstatic COBALT_SYSCALL_DECL(bind, lostage,          (struct cobalt_bindreq __user *u_breq))；/*實(shí)現(xiàn)*/#define COBALT_SYSCALL(__name, __mode, __args)    long CoBaLt_ ## __name __argsstatic COBALT_SYSCALL(bind, lostage,(structcobalt_bindreq__user*u_breq)){......}

其中 __name表示系統(tǒng)調(diào)用名對(duì)應(yīng)bind、 __mode表示該系統(tǒng)調(diào)用模式對(duì)應(yīng)lostage。 COBALT_SYSCALL展開(kāi)定義的bind函數(shù)后如下：

longCoBaLt_bind(structcobalt_bindreq__user*u_breq){......}

怎么將 CoBaLt_bind與系統(tǒng)調(diào)用號(hào) sc_cobalt_bind聯(lián)系起來(lái)后放入 cobalt_syscalls[]的呢？在編譯過(guò)程中Makefile使用腳本 gen-syscall-entries.sh處理各個(gè) .c文件中的COBALTSYSCALL宏,生成一個(gè)頭文件 syscall_entries.h，里面是對(duì)每個(gè)COBALTSYSCALL宏處理后后的項(xiàng),以上面 COBALT_SYSCALL(bind,...)為例 syscall_entries.h中會(huì)生成如下兩項(xiàng),第一項(xiàng)為系統(tǒng)調(diào)用入口，第二項(xiàng)為系統(tǒng)調(diào)用的模式：

#define __COBALT_CALL_ENTRIES __COBALT_CALL_ENTRY(bind)#define__COBALT_CALL_MODES__COBALT_MODE(lostage)

實(shí)時(shí)系統(tǒng)調(diào)用表 cobalt_syscalls[]定義在文件 kernelcobaltposixsyscall.c中：

#define __syshand__(__name)  ((cobalt_syshand)(CoBaLt_ ## __name))
#define __COBALT_NI  __syshand__(ni)
#define __COBALT_CALL_NI          [0 ... __NR_COBALT_SYSCALLS-1] = __COBALT_NI,    __COBALT_CALL32_INITHAND(__COBALT_NI)
#define __COBALT_CALL_NFLAGS          [0 ... __NR_COBALT_SYSCALLS-1] = 0,      __COBALT_CALL32_INITMODE(0)
#define __COBALT_CALL_ENTRY(__name)          [sc_cobalt_ ## __name] = __syshand__(__name),      __COBALT_CALL32_ENTRY(__name, __syshand__(__name))
#define __COBALT_MODE(__name, __mode)    [sc_cobalt_ ## __name] = __xn_exec_##__mode,  #include "syscall_entries.h"    /*該頭文件由腳本生成*/
static const cobalt_syshand cobalt_syscalls[] = {  __COBALT_CALL_NI  __COBALT_CALL_ENTRIES};
static const int cobalt_sysmodes[] = {  __COBALT_CALL_NFLAGS  __COBALT_CALL_MODES};

_COBALTCALLNI宏表示數(shù)組空間大小為_(kāi)_NRCOBALTSYSCALLS(128),每一項(xiàng)由COBALTCALL_ENTRIES定義，即腳本頭文件 syscall_entries.h中生成的每一項(xiàng)來(lái)填充:

#define __COBALT_CALL_ENTRY(__name)          [sc_cobalt_ ## __name] = __syshand__(__name),    __COBALT_CALL32_ENTRY(__name,__syshand__(__name))

__COBALT_CALL32_ENTRY是定義兼容的系統(tǒng)調(diào)用，宏展開(kāi)如下，相當(dāng)于在數(shù)組的多個(gè)位置定義包含了同一項(xiàng)CoBaLt_bind：

#define __COBALT_CALL32_ENTRY(__name, __handler)    __COBALT_CALL32x_ENTRY(__name, __handler)    __COBALT_CALL32emu_ENTRY(__name, __handler)
#define __COBALT_CALL32emu_ENTRY(__name, __handler)          [sc_cobalt_ ## __name + 256] = __handler,#define __COBALT_CALL32x_ENTRY(__name, __handler)    [sc_cobalt_##__name+128]=__handler,

最后bind系統(tǒng)調(diào)用在cobalt_syscalls[]中如下

static const cobalt_syshand cobalt_syscalls[] = {  [sc_cobalt_bind] = CoBaLt_bind,    [sc_cobalt_bind + 128] = CoBaLt_bind,   /*x32 support */    [sc_cobalt_bind + 256] = CoBaLt_bind,   /*ia32 emulation support*/  .....};

相應(yīng)的數(shù)組cobalt_sysmodes[]中的內(nèi)容如下：

static const int cobalt_sysmodes[] = {  [sc_cobalt_bind] = __xn_exec_bind,    [sc_cobalt_bind + 256] = __xn_exec_lostage, /*x32 support */    [sc_cobalt_bind + 128] = __xn_exec_lostage, /*ia32 emulation support*/    ......};

五、實(shí)時(shí)系統(tǒng)調(diào)用權(quán)限控制cobalt_sysmodes

上面說(shuō)到，ipipe管理應(yīng)用的系統(tǒng)調(diào)用時(shí)需要分清該系統(tǒng)調(diào)用是否合法，是否需要域切換等等。cobalt_sysmodes[]就是每個(gè)系統(tǒng)調(diào)用對(duì)應(yīng)的模式，控制著每個(gè)系統(tǒng)調(diào)用的調(diào)用路徑。系統(tǒng)調(diào)用號(hào)為下標(biāo)，值為具體模式。每個(gè)系統(tǒng)調(diào)用的sysmode如何生成見(jiàn)上一節(jié)，還是以實(shí)時(shí)應(yīng)用的bind系統(tǒng)調(diào)用為例：

static const int cobalt_sysmodes[] = {  [sc_cobalt_bind] = __xn_exec_bind,    [sc_cobalt_bind + 256] = __xn_exec_lostage, /*x32 support */    [sc_cobalt_bind + 128] = __xn_exec_lostage, /*ia32 emulation support*/    ......};

xenomai中所有的系統(tǒng)調(diào)用模式定義如下：

/*xenomaiposixsyscall.c*/#define __xn_exec_lostage    0x1  /*必須在linux域運(yùn)行該系統(tǒng)調(diào)用*/  #define __xn_exec_histage    0x2  /*必須在Xenomai域運(yùn)行該系統(tǒng)調(diào)用*/  #define __xn_exec_shadow     0x4    /*影子系統(tǒng)調(diào)用：必須映射調(diào)用方*/#define __xn_exec_switchback 0x8   /*切換回切換；調(diào)用者必須返回其原始模式*/#define __xn_exec_current    0x10    /*在不管域直接執(zhí)行。*/#define __xn_exec_conforming 0x20    /*在兼容域（Xenomai或Linux）中執(zhí)行*/#define __xn_exec_adaptive   0x40  /* 先直接執(zhí)行如果返回-ENOSYS，則嘗試在相反的域中重新執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用 */#define __xn_exec_norestart  0x80  /*收到信號(hào)后不要重新啟動(dòng)syscall*/ /*Shorthand初始化系統(tǒng)調(diào)用的簡(jiǎn)寫(xiě)*/#define __xn_exec_init       __xn_exec_lostage /*Xenomai空間中shadow系統(tǒng)調(diào)用的簡(jiǎn)寫(xiě)*/#define __xn_exec_primary   (__xn_exec_shadow|__xn_exec_histage) /*Linux空間中shadow系統(tǒng)調(diào)用的簡(jiǎn)寫(xiě)*/#define __xn_exec_secondary (__xn_exec_shadow|__xn_exec_lostage)/*Linux空間中syscall的簡(jiǎn)寫(xiě)，如果有shadow則切換回linux*/#define __xn_exec_downup    (__xn_exec_lostage|__xn_exec_switchback)/* 主域系統(tǒng)不可重啟調(diào)用的簡(jiǎn)寫(xiě) */#define __xn_exec_nonrestartable (__xn_exec_primary|__xn_exec_norestart)/*域探測(cè)系統(tǒng)調(diào)用簡(jiǎn)寫(xiě)*/#define __xn_exec_probing   (__xn_exec_conforming|__xn_exec_adaptive)/*將模式選擇移交給syscall。*/#define__xn_exec_handover(__xn_exec_current|__xn_exec_adaptive)

使用一個(gè)無(wú)符號(hào)32 位數(shù)的每一位來(lái)表示一種模式，各模式注釋已經(jīng)很清楚，不在解釋，后面文章解析ipipe是如何根據(jù)mode來(lái)處理的。

參考

英特爾 64 位和 IA-32 架構(gòu)軟件開(kāi)發(fā)人員手冊(cè)第 3 卷 :系統(tǒng)編程指南極客時(shí)間專欄-趣談Linux操作系統(tǒng)《linux內(nèi)核源代碼情景分析》

審核編輯 ：李倩