《Unix系统编程手册》第三章系统编程概念学习

系统调用

系统调用是内核提供的受控的内核入口，通过API的形式，内核提供了一系列服务供程序调用。

系统调用基本特点：
1、系统调用会从用户态切换到核心态，以便CPU访问受到保护的内核内存；
2、系统调用的组成是固定的，每个系统调用都由唯一的数字来标识（程序通过名称标识系统调用）；
3、每个系统调用可以使用一套参数，对用户空间和内核空间传递的信息进行规范。

系统调用执行的基本步骤：
1、应用程序通过调用包装后的库函数发起系统调用请求；
2、API函数需要保证传入的参数可用，然后将参数传入到寄存器中；
3、由于系统调用进入内核的方式相同，所以内核需要区分每个系统调用，对此，内核会将系统调用的编号复制到特殊的CPU寄存器中；
4、API函数执行一条中断指令，将用户态切换到核心态，并执行中断所指向的代码；
5、为了响应中断请求，内核会调用system_call()例程来处理中断
6、若系统调用执行结果表明执行出错，API函数会设置errno。

处理中断过程：
1、在内核栈中保存寄存器值；
2、审核系统调用编号的有效性；
3、以系统调用编号对存放的所有调用服务历程的列表进行索引，并调用相应的系统调用服务例程，若有参数，将先检验参数的有效性

处理来自系统调用和库函数的错误

几乎每个系统调用和库函数都会返回某类状态值，用于表明调用成功与否。少数系统函数在调用时不会失败，例如getpid()总能成功返回进程ID，而_exit()总能终止进行，无需对此系统调用的返回值进行检测。

每个系统调用的手册页记录有调用可能的返回值，并指明了哪些值表示错误。系统调用失败时，会将全局整型变量errno设置为一个正值，以标识具体的错误。程序应包含#include<errno.h>头文件。

如果调用系统和库函数成功，errno绝不会被重置为0，如果errno不为0，可能是之前调用失败造成的。因此在错误检查时，必须坚持首先检查函数的返回值是否表明调用出错，然后再检查errno确定错误原因 。此外，少数系统调用在调用成功后，也会返回-1。因此要判断此类系统调用是否发生错误，应在调用前将errno置为0，并在调用后对其检查。

解析数值型命令行参数的函数

#include "tlpi_hdr.h"

int getInt(const char *arg, int flags, const char* name);
long getLong(const char *arg, int flags, const char* name);

与atoi()、atol()和strtol()相比，它们针对数值型参数提供了一些基本的有效性检查。它们会将arg指向的字符串转换成int或long，如果不是一个有效的字符串，那么它们会打印一条错误并终止程序。如果name非空，则将该字符串用于标识arg对应于命令行中相应参数的名称，即如果出现错误，该字符串会出现在打印的错误信息中。函数实现如下：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<limits.h>
#include<errno.h>

static void gnFail(const char* fname, const char* msg, const char* arg, const char* name)
{
	fprintf(stderr, "%s error", fname);
	if(name)fprintf(stderr, " (in %s)", name);
	fprintf(stderr, ": %s\n", msg);
	if(arg && *arg != '\0')
		fprintf(stderr, "   offending text: %s\n", arg);
	
	exit(EXIT_FAILURE);
}

static long getNum(const char* fname, const char* arg, int flags, const char* name)
{
	if(!arg ||*arg == '\0')
		gnFail(fname, "null or empty string", arg, name);
	int base = (flags & GN_ANY_BASE) ? 0 : (flags & GN_BASE_8) ? 8 : (flags & GN_BASE_16) ? 16 : 10;
	errno = 0;
	char* endptr;
	long res = strtol(arg, &endptr, base);
	
	if(errno != 0)
		gnFail(fname, "strtol() failed", arg, name);
	
	if(*endptr != '\0')
		gnFail(fname, "nonnumeris characters", arg, name);
	
	if((flags & GN_NONNEG) && res < 0)
		gnFail(fname, "negative value not allowed", arg, name);
	
	if((flags & GN_GT_0) && res <= 0)
		gnFail(fname, "value must be > 0", arg, name);
	
	return res;
}

long getLong(const char* arg, int flags, const char* name)
{
	return getNum("getLong", arg, flags, name);
}

int getInt(const char* arg, int flags, const char* name)
{
	long res = getNum("getIng", arg, flags, name);
	if(res >INT_MAX || res < INT_MIN)
		gnFail("getInt", "integer out of rangs", arg, name);
	
	return (int)res;

总结

系统调用允许进程向内核请求服务，与用户空间的函数调用相比，哪怕最简单的系统调用都会产生显著的开销，其原因是在执行系统调用时，系统需要切换到核心态。此外内核还需要验证系统调用的参数、用户内存以及内存之间也有数据需要传递

练习

3-1 使用Linux专有的reboot()系统调用重启系统时，必须将第二个参数magic2定义为一组magic号。这些magic号有什么意义？

答：没太懂就去查了一下，参考链接见参考第二条。

include/linux/reboot.h:#define LINUX_REBOOT_MAGIC1  0xfee1dead 
include/linux/reboot.h:#define LINUX_REBOOT_MAGIC2  672274793 
include/linux/reboot.h:#define LINUX_REBOOT_MAGIC2A 85072278 
include/linux/reboot.h:#define LINUX_REBOOT_MAGIC2B 369367448 
include/linux/reboot.h:#define LINUX_REBOOT_MAGIC2C 537993216 
Here are the answers. 
0xfee1dead ="Feel Dead"

672274793=0x28121969 28/12/1969 is when Linus Torvalds was born. 

These are Linus' daughters' birthdays: 
85072278= 0x5121996     05/12/1996 is when Patricia Miranda was born. 
367369448=0x16041998 16/04/1998 is when Daniela Yolanda was born. 
537993216=0x20122000 20/12/2000 is when Celeste Amanda was born

参考

1、《Unix系统编程手册》上篇

2、https://blog.csdn.net/JohnnyHu90/article/details/50877322