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# System Call
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System Call即系统调用（以下简称syscall），用于在用户程序中执行一些特权模式下才能完成的操作（如I/O操作）。
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对于处理器而言，syscall是一种同步发生的事件，在基于RISC-V的操作系统中由`ecall`指令（Environment Call）产生。
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当系统调用事件结束后，处理器将返回到ecall指令的下一条指令继续执行。
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原版xv6的文档将“system call”、“exception”和“interrupt”统称为“trap”。这可能与我们平常使用的术语有一定出入，需要注意。
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在RISC-V指令集手册的1.6节中，对“exception”、“interrupt”和“trap”的定义是这样的：
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> We use the term <u>*exception*</u> to refer to an unusual condition occurring at run time associated with
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an instruction in the current RISC-V hart. We use the term <u>*interrupt*</u> to refer to an external
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asynchronous event that may cause a RISC-V hart to experience an unexpected transfer of control.
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We use the term <u>*trap*</u> to refer to the transfer of control to a trap handler caused by either an
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exception or an interrupt.
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从这个角度来看，trap在RISC-V的语境下指的是控制权的转换，也就是特权级的转换。
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## 在RISC-V中请求系统调用
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在RISC-V的用户程序中，使用`ecall`指令请求syscall。操作系统提供不同功能的syscall，对应不同的请求调用号。
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因此请求前，需要向`a7`寄存器中写入所请求的syscall的调用号。以下为一个请求8号调用的例子：
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```
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li a7, 8
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ecall
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```
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## 系统调用的处理过程
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Syscall涉及到特权态的转换，需要经过trap过程。对于用户程序而言，一般是从用户模式（U模式）陷入到监管模式（S模式）。
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我们知道，操作系统中有中断向量表，保存着各类异常与中断的处理例程的入口，syscall的处理例程自然也在其中。
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而对于不同类型的调用请求，syscall的处理例程也有相应的系统调用表，保存不同类型的系统调用功能函数的入口。
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根据用户事先写入寄存器的系统调用号，syscall的处理例程调用相应的功能函数，完成系统调用，随后返回至原先的特权态。
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那么，执行`ecall`指令后，系统中发生了什么呢？其实不仅是系统调用，异常与各类中断发生后，首先都会经过这一过程——特权态的转换。
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在RISC-V中，各个特权级都有一组状态与控制寄存器（CSRs），当在U模式下中断发生时（除了时钟中断），RISC-V硬件系统会自动完成下列操作：
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1. 如果发生的是设备中断，且`sstatus`寄存器的`SIE`位为0（即中断关闭），则不继续下列的操作，也就是暂时忽略这个中断；
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2. 关闭外部设备中断，即将`sstatus`寄存器的`SIE`位设为0；
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3. 拷贝`pc`寄存器的值至`sepc`寄存器；
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4. 保存当前的特权态信息至`sstatus`寄存器的`SPP`字段；
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5. 设置`scause`寄存器，其值表示trap产生的原因；
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6. 将特权态设置为S模式；
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7. 将`stvec`寄存器的值存入`pc`寄存器（`stvec`寄存器存放S模式的中断处理函数的入口地址）；
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8. 从新的`pc`值指向的指令继续执行。
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执行上述步骤后，处理机就进入了S模式。此时，操作系统可能还需要进行一些额外操作，以应对S模式下再次发生trap事件。
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之后，根据`scause`寄存器，判断发生的是异常、中断或是系统调用，并进行相应的处理。处理完毕后，就执行`sret`指令，返回U模式。
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`sret`指令会执行若干相反的操作，例如将`sepc`的值写回`pc`、更新`sstatus`寄存器的`SIE`字段等，使处理机恢复到原本U模式的执行状态。
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# 参考文档
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+ [*xv6: a simple, Unix-like teaching operating system*](https://pdos.csail.mit.edu/6.S081/2020/xv6/book-riscv-rev1.pdf)
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+ [*The RISC-V Instruction Set Manual Volume I: Unprivileged ISA*](https://github.com/riscv/riscv-isa-manual/releases/download/draft-20210212-c879d5a/riscv-spec.pdf)
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+ [《RISC-V手册——一本开源指令集的指南》](http://riscvbook.com/chinese/RISC-V-Reader-Chinese-v2p1.pdf) |