《ARM與Linux些許問題》第三章：Linux如何從用戶態(tài)進(jìn)入內(nèi)核態(tài)

一、Linux從用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)的方法有哪些？

大體分為兩種；主動式和被動式。

1.被動式：就是Linux在用戶態(tài)(ARM在用戶模式)工作，沒有主動發(fā)起請求、而被動地進(jìn)入內(nèi)核態(tài)；包括硬件中斷和程序異常。

2.主動式：就是Linux在用戶態(tài)(ARM在用戶模式)工作，通過發(fā)起用戶態(tài)程序發(fā)起命令請求、ARM響應(yīng)進(jìn)入特權(quán)模式進(jìn)而Linux切入內(nèi)核態(tài)；就是系統(tǒng)調(diào)用。

二、分析上述兩種切換的原理

1.被動式原理：當(dāng)硬件中斷過來時，通過硬件直接給CPSR置位、ARM進(jìn)入IRQ模式、Linux系統(tǒng)進(jìn)入內(nèi)核態(tài)；或者用戶態(tài)代碼出現(xiàn)異常、硬件也自動完成上述工作。

2.主動式原理：即軟中斷，Linux內(nèi)核給用戶空間開放了一個可以直接操作硬件寄存器進(jìn)而引發(fā)中斷的機(jī)制——系統(tǒng)調(diào)用。當(dāng)用戶態(tài)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)時，相應(yīng)的硬件被置位引發(fā)中斷、導(dǎo)致ARM工作模式的切換（進(jìn)入IRQ模式），進(jìn)而Linux進(jìn)入內(nèi)核態(tài)。

三、系統(tǒng)調(diào)用原理

例如，在用戶空間libc庫中有對系統(tǒng)調(diào)用getuid()函數(shù)的定義和實(shí)現(xiàn)：

頭文件 kernel/arch/arm/include/asm/unistd.h

Linux用來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用異常的實(shí)際指令是SWI（x86上int $0x80），這一指令使用中斷/異常向量號128將控制權(quán)移給內(nèi)核。

SWI指令其實(shí)會讓ARM從用戶模式進(jìn)入管理模式，即Linux操作系統(tǒng)從用戶態(tài)進(jìn)入內(nèi)核態(tài)；此時，保存CPSR至SPSR、保存R15-PC至R14-LR，強(qiáng)制CPSR致ARM進(jìn)入管理模式、強(qiáng)制R15-PC(程序計(jì)數(shù)器)從0x0000 0008處取指令、即內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)用處理函數(shù)vector_SWI()。見：《ARM與Linux些許問題》第一章：ARM工作模式