From 9593a4f14fad2e95abb2b605ff43152ff8cbf06c Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Chen Chen Date: Tue, 14 Jun 2022 12:23:06 +0800 Subject: [PATCH 1/2] add syscall part 1 --- .../20220614-riscv-syscall-part1-usage.md | 148 ++++++++++++++++++ 1 file changed, 148 insertions(+) create mode 100644 articles/20220614-riscv-syscall-part1-usage.md diff --git a/articles/20220614-riscv-syscall-part1-usage.md b/articles/20220614-riscv-syscall-part1-usage.md new file mode 100644 index 0000000..3054ad9 --- /dev/null +++ b/articles/20220614-riscv-syscall-part1-usage.md @@ -0,0 +1,148 @@ +> Author: envestcc
+> Date: 2022/06/14
+> Revisor:
+> Project: [RISC-V Linux 内核剖析](https://gitee.com/tinylab/riscv-linux) + + +# RISC-V Syscall 系列1：什么是 Syscall ? + +## 什么是 Syscall ? + +![Linux_API](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/43/Linux_API.svg) + +Syscall 又称为系统调用，它是操作系统内核给用户态程序提供的一组API，可以用来访问系统资源和内核提供的服务。比如用户态程序申请内存、读写文件等都需要通过 Syscall 完成。 + +通过 Linux 源码里可以看到(include/linux/syscalls.h)，大约有400多个 Syscall。其中一部分是兼容POSIX标准，另一些是 Linux 特有的。 + + +## 如何调用 Syscall ? + +应用程序想要调用 Syscall 有两种方式，分别是直接调用和使用 C 标准库。 + +### 直接调用 + +下面我们通过一段汇编代码来看看如何直接调用 Syscall. + +```asm +.data + +msg: + .ascii "Hello, world!\n" + +.text + .global _start + +_start: + li a7, 64 # linux write syscall + li a0, 1 # stdout + la a1, msg # address of string + la a2, 14 # length of string + ecall # call linux syscall + + li a7, 93 # linux exit syscall + li a0, 0 # return value + ecall # call linux syscall +``` + +上面的代码的功能是通过系统调用往标准输出上打印一串字符。 + +``` +❯ cat test.S +.data + +msg: + .ascii "Hello, world!\n" + +.text + .global _start + +_start: + li a7, 64 + li a0, 1 + la a1, msg + la a2, 14 + ecall + + li a7, 93 + li a0, 0 + ecall +❯ riscv64-linux-gnu-gcc -c test.S +❯ riscv64-linux-gnu-ld -o test test.o +❯ qemu-riscv64 test +Hello, world! + + +``` + +RISC-V 中通过`ecall`指令进行 Syscall 的调用。该指令会将CPU从用户态转换到内核态，并跳转到 Syscall 的入口处。通过 a7 寄存器来标识是哪个 Syscall. 至于调用 Syscall 要传递的参数则可以依次使用a0-a5这6个寄存器来存储。 + +> ecall 指令之前叫 scall，包括现在 Linux 源码里都用的是 scall，后来改为了 ecall。原因是该指令不止可以用来进行系统调用，可以提供更通用化的功能。 + +write 的系统调用号为64，所以上述代码里将64存储到a7中。该系统调用的参数有3个，第一个是文件描述符，第二个是要打印的字符串地址，第三个是字符串的长度，上述代码中将这三个参数分别存入到a0、a1、a2这三个寄存器中。 + +系统调用号列表可以在Linux源码中进行查看：include/uapi/asm-generic/unistd.h。 + +```c +#define __NR_write 64 + +#define __NR_exit 93 +``` + +系统调用函数声明源码位置：include/linux/syscalls.h + +```c +asmlinkage long sys_write(unsigned int fd, const char __user *buf, size_t count); + +asmlinkage long sys_exit(int error_code); +``` + +### C 标准库 + +直接使用汇编调用 Syscall 比较繁琐也不安全，[C标准库](https://en.wikipedia.org/wiki/C_standard_library)提供了对 Syscall 的封装。 + +![GNU C Library](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/45/Linux_kernel_System_Call_Interface_and_glibc.svg/1280px-Linux_kernel_System_Call_Interface_and_glibc.svg.png) + +下面用一段C代码例子看看如何使用 Syscall ，这种方式大家都比较熟悉。 + +```c +#include + +int main() { + write(1, "Hello, world!\n", 13); + return 0; +} + +``` + +使用下面的命令进行测试即可输出结果。 +``` +❯ cat testc.c +#include + +int main() { + + write(1, "Hello, world!\n", 14); + return 0; +} +❯ +❯ riscv64-linux-gnu-gcc -static testc.c -o testc +❯ qemu-riscv64 testc +Hello, world! + +``` + +## 总结 + +本篇文章主要从 Syscall 使用者的角度，阐述了什么是 Syscall。然后以实际代码为例，展示了在 RISC-V 架构下应用程序如何使用汇编代码和C标准库两种方式调用 Syscall 。 + +系列文章预告：RISC-V Syscall 系列2： Syscall 过程分析 + +参考资料 +- [System call](https://en.wikipedia.org/wiki/System_call) +- [syscall(2) — Linux manual page](https://man7.org/linux/man-pages/man2/syscall.2.html) +- [Linux kernel interfaces](https://en.wikipedia.org/wiki/Linux_kernel_interfaces) +- [RISC-V Assembly Programmer's Manual](https://github.com/riscv-non-isa/riscv-asm-manual/blob/master/riscv-asm.md) +- [RISC-V架构下利用QEMU进行GDB调试](https://zhuanlan.zhihu.com/p/517497012) +- [Risc-V Assembly Language Hello World](https://smist08.wordpress.com/2019/09/07/risc-v-assembly-language-hello-world/) +- [System Interface & Headers Reference](https://pubs.opengroup.org/onlinepubs/007908799/xshix.html) + -- Gitee From 9f937e190e679a54cae74e8e170d26bf5d21bdd9 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Chen Chen Date: Wed, 15 Jun 2022 11:28:10 +0800 Subject: [PATCH 2/2] fix post style --- .../20220614-riscv-syscall-part1-usage.md | 45 ++++++++++--------- 1 file changed, 23 insertions(+), 22 deletions(-) diff --git a/articles/20220614-riscv-syscall-part1-usage.md b/articles/20220614-riscv-syscall-part1-usage.md index 3054ad9..a462de8 100644 --- a/articles/20220614-riscv-syscall-part1-usage.md +++ b/articles/20220614-riscv-syscall-part1-usage.md @@ -1,6 +1,6 @@ > Author: envestcc
> Date: 2022/06/14
-> Revisor:
+> Revisor: walimis、wuzhangjin
> Project: [RISC-V Linux 内核剖析](https://gitee.com/tinylab/riscv-linux) @@ -10,9 +10,9 @@ ![Linux_API](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/43/Linux_API.svg) -Syscall 又称为系统调用，它是操作系统内核给用户态程序提供的一组API，可以用来访问系统资源和内核提供的服务。比如用户态程序申请内存、读写文件等都需要通过 Syscall 完成。 +Syscall 又称为系统调用，它是操作系统内核给用户态程序提供的一组 API，可以用来访问系统资源和内核提供的服务。比如用户态程序申请内存、读写文件等都需要通过 Syscall 完成。 -通过 Linux 源码里可以看到(include/linux/syscalls.h)，大约有400多个 Syscall。其中一部分是兼容POSIX标准，另一些是 Linux 特有的。 +通过 Linux 源码里可以看到(include/linux/syscalls.h)，大约有 400 多个 Syscall。其中一部分是兼容 [POSIX](https://en.wikipedia.org/wiki/POSIX) 标准，另一些是 Linux 特有的。 ## 如何调用 Syscall ? @@ -21,7 +21,7 @@ Syscall 又称为系统调用，它是操作系统内核给用户态程序提供 ### 直接调用 -下面我们通过一段汇编代码来看看如何直接调用 Syscall. +下面我们通过一段汇编代码来看看如何直接调用 Syscall。 ```asm .data @@ -36,7 +36,7 @@ _start: li a7, 64 # linux write syscall li a0, 1 # stdout la a1, msg # address of string - la a2, 14 # length of string + li a2, 14 # length of string ecall # call linux syscall li a7, 93 # linux exit syscall @@ -47,7 +47,7 @@ _start: 上面的代码的功能是通过系统调用往标准输出上打印一串字符。 ``` -❯ cat test.S +$ cat test.S .data msg: @@ -60,27 +60,27 @@ _start: li a7, 64 li a0, 1 la a1, msg - la a2, 14 + li a2, 14 ecall li a7, 93 li a0, 0 ecall -❯ riscv64-linux-gnu-gcc -c test.S -❯ riscv64-linux-gnu-ld -o test test.o -❯ qemu-riscv64 test +$ riscv64-linux-gnu-gcc -c test.S +$ riscv64-linux-gnu-ld -o test test.o +$ qemu-riscv64 test Hello, world! ``` -RISC-V 中通过`ecall`指令进行 Syscall 的调用。该指令会将CPU从用户态转换到内核态，并跳转到 Syscall 的入口处。通过 a7 寄存器来标识是哪个 Syscall. 至于调用 Syscall 要传递的参数则可以依次使用a0-a5这6个寄存器来存储。 +RISC-V 中通过 `ecall` 指令进行 Syscall 的调用。 `ecall` 指令会将 CPU 从用户态转换到内核态，并跳转到 Syscall 的入口处。通过 a7 寄存器来标识是哪个 Syscall。至于调用 Syscall 要传递的参数则可以依次使用 a0-a5 这 6 个寄存器来存储。 > ecall 指令之前叫 scall，包括现在 Linux 源码里都用的是 scall，后来改为了 ecall。原因是该指令不止可以用来进行系统调用，可以提供更通用化的功能。 -write 的系统调用号为64，所以上述代码里将64存储到a7中。该系统调用的参数有3个，第一个是文件描述符，第二个是要打印的字符串地址，第三个是字符串的长度，上述代码中将这三个参数分别存入到a0、a1、a2这三个寄存器中。 +`write` 的系统调用号为 64，所以上述代码里将 64 存储到 a7 中。`write` 系统调用的参数有 3 个，第一个是文件描述符，第二个是要打印的字符串地址，第三个是字符串的长度，上述代码中将这三个参数分别存入到 a0、a1、a2 这三个寄存器中。 -系统调用号列表可以在Linux源码中进行查看：include/uapi/asm-generic/unistd.h。 +系统调用号列表可以在 Linux 源码中进行查看：include/uapi/asm-generic/unistd.h。 ```c #define __NR_write 64 @@ -98,17 +98,17 @@ asmlinkage long sys_exit(int error_code); ### C 标准库 -直接使用汇编调用 Syscall 比较繁琐也不安全，[C标准库](https://en.wikipedia.org/wiki/C_standard_library)提供了对 Syscall 的封装。 +直接使用汇编调用 Syscall 比较繁琐也不安全，[C 标准库](https://en.wikipedia.org/wiki/C_standard_library)提供了对 Syscall 的封装。 ![GNU C Library](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/45/Linux_kernel_System_Call_Interface_and_glibc.svg/1280px-Linux_kernel_System_Call_Interface_and_glibc.svg.png) -下面用一段C代码例子看看如何使用 Syscall ，这种方式大家都比较熟悉。 +下面用一段 C 代码例子看看如何使用 Syscall ，这种方式大家都比较熟悉。 ```c #include int main() { - write(1, "Hello, world!\n", 13); + write(1, "Hello, world!\n", 14); return 0; } @@ -116,7 +116,7 @@ int main() { 使用下面的命令进行测试即可输出结果。 ``` -❯ cat testc.c +$ cat testc.c #include int main() { @@ -124,20 +124,20 @@ int main() { write(1, "Hello, world!\n", 14); return 0; } -❯ -❯ riscv64-linux-gnu-gcc -static testc.c -o testc -❯ qemu-riscv64 testc +$ riscv64-linux-gnu-gcc -static testc.c -o testc +$ qemu-riscv64 testc Hello, world! ``` ## 总结 -本篇文章主要从 Syscall 使用者的角度，阐述了什么是 Syscall。然后以实际代码为例，展示了在 RISC-V 架构下应用程序如何使用汇编代码和C标准库两种方式调用 Syscall 。 +本篇文章主要从 Syscall 使用者的角度，阐述了什么是 Syscall。然后以实际代码为例，展示了在 RISC-V 架构下应用程序如何使用汇编代码和 C 标准库两种方式调用 Syscall 。 系列文章预告：RISC-V Syscall 系列2： Syscall 过程分析 -参考资料 +## 参考资料 + - [System call](https://en.wikipedia.org/wiki/System_call) - [syscall(2) — Linux manual page](https://man7.org/linux/man-pages/man2/syscall.2.html) - [Linux kernel interfaces](https://en.wikipedia.org/wiki/Linux_kernel_interfaces) @@ -145,4 +145,5 @@ Hello, world! - [RISC-V架构下利用QEMU进行GDB调试](https://zhuanlan.zhihu.com/p/517497012) - [Risc-V Assembly Language Hello World](https://smist08.wordpress.com/2019/09/07/risc-v-assembly-language-hello-world/) - [System Interface & Headers Reference](https://pubs.opengroup.org/onlinepubs/007908799/xshix.html) +- [Misunderstanding RISC-V ecalls and syscalls](https://jborza.com/emulation/2021/04/22/ecalls-and-syscalls.html) -- Gitee