ИМЯ

syscall - непрямой системный вызов

ОБЗОР

#define _GNU_SOURCE         /* см. feature_test_macros(7) */
#include <unistd.h>
#include <sys/syscall.h>   /* для определений SYS_xxx */

long syscall(long number, ...);

ОПИСАНИЕ

syscall() — это маленькая библиотечная функция, которая делает системный вызов, чей интерфейс ассемблерного языка указывается в number, с дополнительными аргументами. Выполнение syscall() нужно, например, для запуска системного вызова, у которого нет обёрточной функции в библиотеке C.

При вызове syscall() сохраняет регистры ЦП до выполнения системного вызова, восстанавливает регистры при возврате из системного вызова и если возникла ошибка, то сохраняет любой код, полученный от системного вызова, в errno(3).

Символьные константы для системных вызовов можно найти в заголовочном файле <sys/syscall.h>.

ВОЗВРАЩАЕМОЕ ЗНАЧЕНИЕ

Возвращаемое значение определяется вызываемым системным вызовом. При успешном выполнении обычно возвращается 0. При ошибке возвращается -1, при этом код ошибки сохраняется в errno.

ЗАМЕЧАНИЯ

Вызов syscall() впервые появился в 4BSD.

Требования, зависящие от архитектуры

Каждый ABI архитектуры имеет свои собственные требования по передаче аргументов системного вызова в ядро. Для системных вызовов, имеющих обёртку в glibc (большинство системных вызовов), копирование аргументов в правильные регистры с учётом архитектуры выполняется в самой glibc. Однако при выполнении системного вызова через syscall(), вызывающий сам должен учитывать особенности архитектуры; чаще всего это относится к 32-битным архитектурам.

Например, на архитектуре ARM Embedded ABI (EABI) 64-битное значение (long long) должно быть выровнено по чётной паре регистров. То есть, при использовании syscall() вместо обёрточной функции glibc системный вызов readahead() на ARM вызывался бы с учётом EABI (режим с обратным порядком байт) следующим образом:

syscall(SYS_readahead, fd, 0,


        (unsigned int) (offset & 0xFFFFFFFF),


        (unsigned int) (offset >> 32),


        count);

Так как смещение аргумента 64 бита, и первый аргумент (fd) передаётся в регистре r0, вызывающий должен разделить и выровнять 64-битное значение так, чтобы оно передавалось в паре регистров r2/r3. Это выполняется вставкой пустого значения в r1 (второго аргумент 0). Также нужно не забывать о преобразовании порядка байт (в соответствии с C ABI платформы).

Подобные сложности можно видеть на MIPS с O32 ABI, на PowerPC и parisc с 32-битным ABI и на Xtensa.

Заметим, что хотя в parisc C ABI также используется выравнивание пары регистров, в нём используется слой shim, который прячет проблему от пространства пользователя.

Это относится к системным вызовам fadvise64_64(2), ftruncate64(2), posix_fadvise(2), pread64(2), pwrite64(2), readahead(2), sync_file_range(2) и truncate64(2).

Это не влияет на syscall-ы, который самостоятельно разделяют и собирают 64-битные значения, например _llseek(2), preadv(2), preadv2(2), pwritev(2) и pwritev2(2). Добро пожаловать в чудесную страну исторического наследия.

Архитектурные соглашения по вызовам

В каждой архитектуре есть собственный способ передачи аргументов вызову ядра. Особенности различных архитектур перечислены в двух таблицах ниже.

Поля первой таблицы: инструкция для перехода в режим ядра (может быть не быстрым или лучшим способом перехода в ядро, лучше использовать vdso(7)), регистр для указания номера системного вызова, регистр(ы) возврата результата работы системного вызова и регистр сигнализации ошибки.

Арх/ABI	Инструкция	Система	Ret	Ret	Ошибка	замечания
		call #	знач	знач2
_
alpha	callsys	v0	v0	a4	a3	1, 6
arc	trap0	r8	r0	-	-
arm/OABI	swi NR	-	a1	-	-	2
arm/EABI	swi 0x0	r7	r0	r1	-
arm64	svc #0	x8	x0	x1	-
blackfin	excpt 0x0	P0	R0	-	-
i386	int $0x80	eax	eax	edx	-
ia64	break 0x100000	r15	r8	r9	r10	1, 6
m68k	trap #0	d0	d0	-	-
microblaze	brki r14,8	r12	r3	-	-
mips	syscall	v0	v0	v1	a3	1, 6
nios2	trap	r2	r2	-	r7
parisc	ble 0x100(%sr2, %r0)	r20	r28	-	-
powerpc	sc	r0	r3	-	r0	1
powerpc64	sc	r0	r3	-	cr0.SO	1
riscv	ecall	a7	a0	a1	-
s390	svc 0	r1	r2	r3	-	3
s390x	svc 0	r1	r2	r3	-	3
superh	trap #0x17	r3	r0	r1	-	4, 6
sparc/32	t 0x10	g1	o0	o1	psr/csr	1, 6
sparc/64	t 0x6d	g1	o0	o1	psr/csr	1, 6
tile	swint1	R10	R00	-	R01	1
x86-64	syscall	rax	rax	rdx	-	5
x32	syscall	rax	rax	rdx	-	5
xtensa	syscall	a2	a2	-	-

Замечания:

[1]: На некоторых архитектурах для показа отказа системного вызова используется регистр с простым логическим значением (0 — нет ошибки, -1 — ошибка). Настоящее значение ошибки всё равно содержится в регистре возврата. На sparc, вместо полного регистра используется бит переноса (csr) в регистре состояния процессора (psr). На powerpc64, используется бит общего переполнения (SO) в поле 0 регистра условия (cr0).
[2]: NR — номер системного вызова.
[3]: Для s390 и s390x NR (номер системного вызова) может передаваться напрямую с помощью svc NR, если он меньше 256.
[4]: На SuperH, номер ловушки (trap number) контролирует максимальное количество передаваемых аргументов.trap #0x10 можно использовать только с системными вызовами без аргументов, trap #0x11 можно использовать только с системными вызовами без или с одним аргументом и так далее до trap #0x17 (7 аргументов в системном вызове).
[5]: Для x32 ABI используется общая с x86-64 ABI таблица syscall, но есть несколько отличий:

Чтобы показать, что системный вызов запрошен из x32 ABI, введёндополнительный бит __X32_SYSCALL_BIT, который побитно складывается с номером системного вызова. ABI, используемый процессом, частично влияет на поведение процесса, включая обработку сигналов или перезапуск или системного вызова.
Так как на x32 размеры типа long и указателя различаются, то различны раскладки некоторых (но не всех; например, struct timeval или struct rlimit 64-битные) структур. Для их обработки в таблицу системных вызовов добавлены дополнительные системные вызовы; они начинаются с номера 512 (без __X32_SYSCALL_BIT). Например, __NR_readv определён как 19 в x86-64 ABI и как __X32_SYSCALL_BIT | 515 в x32 ABI. Большинство этих дополнительных системных вызовов на самом деле одинаковы с системными вызовами, используемыми для предоставления совместимости с i386. Однако есть исключения, например, preadv2(2), который использует элементы struct iovec с 4-байтовыми указателями и размерами (в терминах ядра — «compat_iovec»), но передаёт 8-байтовый аргумент pos в одном регистре, а не в двух, как это делается в других ABI.

[6]: Некоторые архитектуры (Alpha, IA-64, MIPS, SuperH, sparc/32 sparc/64) используют дополнительный регистр ("Retval2" в таблице выше) для обратной передачи второго возвращаемого значения из системного вызова pipe(2); в Alpha это также используется в зависимых от архитектуры системных вызовах getxpid(2), getxuid(2) и getxgid(2). На других архитектурах в интерфейсе системных вызовов второй регистр для возвращаемого значения не используется, даже если он определён в System V ABI.

Во второй таблице показаны регистры, которые используются для передачи аргументов в системный вызов.

Арх/ABI	арг1	арг2	арг3	арг4	арг5	арг6	арг7	замечания
_
alpha	a0	a1	a2	a3	a4	a5	-
arc	r0	r1	r2	r3	r4	r5	-
arm/OABI	a1	a2	a3	a4	v1	v2	v3
arm/EABI	r0	r1	r2	r3	r4	r5	r6
arm64	x0	x1	x2	x3	x4	x5	-
blackfin	R0	R1	R2	R3	R4	R5	-
i386	ebx	ecx	edx	esi	edi	ebp	-
ia64	out0	out1	out2	out3	out4	out5	-
m68k	d1	d2	d3	d4	d5	a0	-
microblaze	r5	r6	r7	r8	r9	r10	-
mips/o32	a0	a1	a2	a3	-	-	-	1
mips/n32,64	a0	a1	a2	a3	a4	a5	-
nios2	r4	r5	r6	r7	r8	r9	-
parisc	r26	r25	r24	r23	r22	r21	-
powerpc	r3	r4	r5	r6	r7	r8	r9
powerpc64	r3	r4	r5	r6	r7	r8	-
riscv	a0	a1	a2	a3	a4	a5	-
s390	r2	r3	r4	r5	r6	r7	-
s390x	r2	r3	r4	r5	r6	r7	-
superh	r4	r5	r6	r7	r0	r1	r2
sparc/32	o0	o1	o2	o3	o4	o5	-
sparc/64	o0	o1	o2	o3	o4	o5	-
tile	R00	R01	R02	R03	R04	R05	-
x86-64	rdi	rsi	rdx	r10	r8	r9	-
x32	rdi	rsi	rdx	r10	r8	r9	-
xtensa	a6	a3	a4	a5	a8	a9	-

Замечания:

[1]: По соглашению в mips/o32 аргументы системных вызовов с 5 по 8 передаются через пользовательский стек.

Заметим, что эти таблицы не описывают полное соглашение о вызове — некоторые архитектуры могут затирать другие регистры и это здесь не описано.

ПРИМЕР

#define _GNU_SOURCE
#include <unistd.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
int
main(int argc, char *argv[])
{


    pid_t tid;


    tid = syscall(SYS_gettid);


    syscall(SYS_tgkill, getpid(), tid, SIGHUP);
}

syscall(2)

ИМЯ