系统调用（RISC-V）

一、概述

应用程序要输出字符串时，会触发系统调用 write()，操作系统服务的应用编程接口通常由高级语言编写（C、go 和 rust 等），程序通常访问高层次的 API 接口。

三种最常用的应用程序编程接口：

• Win API：用于 Windows 32 / 64；
• POSIX API：用于 POSIX-based OS；
• Java API：用于 JAVA 虚拟机 (JVM)。

1.1 系统调用实现概述

• 用户态：通过函数库来管理；
• 内核态：对应系统调用号，实现系统调用功能。

1.2 系统调用和函数调用的不同

系统调用

• RISC-V 中，ecall 和 sret 指令用于系统调用
• 有堆栈切换和特权级的转换
• 开销：超过函数调用
  • 切换内核堆栈
  • 验证参数
  • 可能切换页表
  • 需要拷贝数据

函数调用

• RISC-V 中，call 和 ret 指令用于系统调用
• 无堆栈切换和特权级的转换
• 开销：低于系统调用

二、具体实现

• std lib 发出系统调用请求
  • 发出设置系统调用号和参数，发出 ecall
• 硬件设置
  • sepc：保存请求后的指令地址
  • pc：设置为 stvec
  • scause：设置为 ecall from u-mode
  • sstatus：SIE 位置零以禁用中断
  • stval：保存相关的附加信息
• 软件保存被打断现场
• 执行软件实现的中断服务例程
• 软件恢复现场
• 应用程序继续执行

三、参考资料

• 操作系统(RISC-V) - 清华大学 (opens new window)