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我们要知道CPU可以自由地访问寄存器、内存。另外,程序是由操作系统执行的,所以操作系统能够控制程序的所有执行情况,限制程序的行为.
程序地执行过程:
c语言函数调用的几个关键点在于:
在 x86-64 架构上,当应用程序需要执行系统调用时,CPU 会从用户态切换到内核态,经历以下过程
syscall
指令:
syscall
指令来触发系统调用请求。syscall
指令会引发一个特殊的异常,导致 CPU 从当前的用户态特权级切换到内核态的更高特权级。rip
、rflags
等,并将控制权转交给内核。sysret
指令从内核态切换回用户态。sysret
指令会自动恢复之前保存的用户态寄存器状态,并将控制权转回给用户态程序。整个切换过程由硬件和操作系统内核共同完成,应用程序感知不到这个切换过程。这种基于硬件支持的用户态 - 内核态切换机制,能够大幅降低系统调用的开销,提高操作系统的整体性能。 需要注意的是,除了 syscall/sysret 指令,Intel 的 x86-64 架构也支持使用 int 0x80 软中断来执行系统调用,不过 syscall/sysret 方式通常更加高效.
linux系统调用 - chenjx_ucs - 博客园 (cnblogs.com) 。
chatgpt告诉我们:Linux 系统通过以下几种方式来实现当前特权级别的切换
int 0x80
或 syscall
指令触发软中断,CPU 切换到 Ring 0 执行内核代码。iret
或 sysret
指令返回到用户态。iret
指令返回到之前的特权级别。call gate
、task gate
等。iret
指令返回到用户态。在 Linux 中,大多数情况下都是通过系统调用和中断/异常处理来实现特权级切换。内核代码运行在 Ring 0 级别,用户态应用程序运行在 Ring 3 级别。当应用程序需要访问受保护的系统资源时,会通过系统调用陷入内核态,由内核代码执行相应的操作。中断和异常处理也会触发内核态的切换,内核负责处理各种硬件事件。总之,Linux 系统利用 CPU 硬件提供的特权级机制,通过系统调用、中断/异常处理、特权级切换指令等方式,实现了内核态和用户态之间的特权级切换,保证了系统的安全和稳定性.
Ring 0和Ring 3也有其他区别,例如Ring 0 程序可以执行所有的 CPU 指令集,包括特权指令。Ring 3 程序只能执行非特权指令集,无法直接执行特权级别的指令.
参考资料: 用户空间与内核空间,进程上下文与中断上下文[总结] - Rabbit_Dale - 博客园 (cnblogs.com) 。
最后此篇关于C程序函数调用&系统调用的文章就讲到这里了,如果你想了解更多关于C程序函数调用&系统调用的内容请搜索CFSDN的文章或继续浏览相关文章,希望大家以后支持我的博客! 。
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