Android 系统调用驱动的深层剖析184

Android 系统调用驱动 (SCD) 在 Android 内核中发挥着至关重要的作用。它充当用户空间应用程序和 Linux 内核之间的桥梁，允许应用程序访问系统底层硬件和功能。

SCD 主要由两类函数组成：原生系统调用和包装器系统调用。原生系统调用直接与 Linux 内核底层函数交互，而包装器系统调用则在原生系统调用之上提供一层抽象，简化了应用程序开发人员的使用。

原生系统调用的实现

原生系统调用通过 __NR_xxx 常量（例如，__NR_open、__NR_write）在内核中标识。这些常量与内核体系结构定义头文件 arch/arm/include/asm/unistd.h 中定义的宏相对应。当应用程序发出系统调用时，内核会根据 __NR_xxx 常量索引到系统调用表中，该表包含指向底层内核函数的指针。

对于 32 位 ARM 架构，SCD 位于内核模块 fs/binfmt_elf.c 中，而对于 64 位 ARM64 架构，SCD 位于内核模块 arch/arm64/kernel/syscall.c 中。

包装器系统调用的实现

包装器系统调用通过 bionic C 库提供给应用程序。这些调用被映射到与原生系统调用相对应的 bionic 函数中。bionic 函数负责将应用程序请求转换为适当的原生系统调用并处理错误。这简化了应用程序开发，因为应用程序开发人员不必直接与底层 Linux 内核交互。

应用程序使用 SCD

应用程序可以通过系统调用 C 函数（例如，open()、write()、read()）使用 SCD。这些函数在 libc 库中定义，作为包装器系统调用的一部分，并由 bionic 提供。当应用程序调用这些函数时，bionic 函数将它们转换为相应的原生系统调用，从而允许应用程序与内核交互。

SCD 与内核安全

SCD 是内核安全机制的基石。每个系统调用都针对特定的权限和能力进行检查，以确保应用程序只能访问它有权访问的资源。通过这种方式，SCD 有助于防止恶意应用程序利用系统调用来提高权限或破坏系统。

SCD 性能优化

SCD 的性能对于整体系统性能至关重要。为了优化 SCD 性能，Android 内核使用：
* 系统调用缓存：在用户空间和内核空间之间缓存系统调用请求，以减少昂贵的内核调用。
* 批量系统调用：允许应用程序通过单个调用同时执行多个系统调用，从而减少内核交互的开销。
* 快速系统调用：使用专门的代码路径来处理常见的系统调用，例如 open() 和 close()，以提高性能。

Android 系统调用驱动是 Android 操作系统的重要组成部分，允许用户空间应用程序安全、高效地访问内核功能。通过原生系统调用和包装器系统调用的结合，SCD 为应用程序开发人员提供了一个简化且安全的界面，同时还提供必要的安全措施和性能优化。

2025-02-22

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