Прежде чем мы углубимся в определение системного вызова Linux и исследуем детали его выполнения, лучше всего начать с определения различных программных уровней типичной системы Linux.
Ядро Linux - это специализированная программа, которая загружается и работает на самом низком доступном уровне на вашем оборудовании. Его задача - организовать все, что работает на компьютере, включая обработку событий клавиатуры, диска и сети, чтобы предоставить временные интервалы для параллельного выполнения нескольких программ.
Когда ядро выполняет программу пользовательского уровня, оно виртуализирует пространство памяти, чтобы программы считали себя единственным процессом, выполняющимся в памяти. Этот защитный пузырь аппаратной и программной изоляции повышает безопасность и надежность. Непривилегированное приложение не может получить доступ к памяти, принадлежащей другим программам, и если эта программа выйдет из строя, ядро завершится, чтобы не нанести вред остальной системе.
Преодоление барьера с помощью системных вызовов Linux
Этот уровень изоляции между непривилегированными приложениями обеспечивает отличную границу для защиты других приложений и пользователей в системе. Однако без какого-либо способа взаимодействия с другими элементами компьютера и внешнего мира программы ничего бы не смогли сделать.
Чтобы облегчить взаимодействие, ядро обозначает программный шлюз, который позволяет запущенной программе запрашивать ядро действовать от ее имени. Этот интерфейс известен как системный вызов.
Поскольку Linux следует философии UNIX, согласно которой все является файлом, многие функции могут быть выполнены путем открытия и чтения или записи файла, который может быть устройством. В Windows, например, вы можете использовать функцию CryptGenRandom для доступа к случайным байтам. Но в Linux это можно сделать, просто открыв файл / dev / urandom и прочитав из него байты, используя стандартные системные вызовы ввода / вывода файлов. Это важное отличие позволяет упростить интерфейс системного вызова.
Тонкая обертка для вафель
В большинстве приложений системные вызовы не выполняются напрямую к ядру. Практически все программы связаны в стандартной библиотеке C, которая обеспечивает тонкую, но важную оболочку для системных вызовов Linux. Библиотека проверяет, скопированы ли аргументы функции в правильные регистры процессора, а затем выполняет соответствующий системный вызов Linux. Когда данные получены от вызова, оболочка интерпретирует результаты и возвращает их обратно в программу согласованным способом.
За кулисами
Каждая функция в программе, которая взаимодействует с системой, в конечном итоге переводится в системный вызов. Чтобы увидеть это в действии, давайте начнем с базового примера.
пустотаглавный() {}
Это, вероятно, самая простая программа на языке C, которую вы когда-либо видели. Он просто получает контроль через основную точку входа, а затем выходит. Он даже не возвращает значения, поскольку main определен как void. Сохраните файл как ctest.c и давайте скомпилируем его:
gcc ctest.c -ctestПосле компиляции мы видим размер файла 8664 байта. Он может незначительно отличаться в вашей системе, но должен быть около 8 КБ. Это много кода для входа и выхода! Причина 8k в том, что включена среда выполнения libc. Даже если мы уберем символы, их все равно будет чуть больше 6 тысяч.
В еще более простом примере мы можем сделать системный вызов Linux для выхода, а не зависеть от среды выполнения C, которая сделает это за нас.
пустота_Начните() {как м('movl $ 1,% eax;'
'xorl% ebx,% ebx;'
'int $ 0x80');
}
Здесь мы перемещаем 1 в регистр EAX, очищаем регистр EBX (который в противном случае содержал бы возвращаемое значение), затем вызываем прерывание системного вызова Linux 0x80 (или 128 в десятичном виде). Это прерывание заставляет ядро обработать наш вызов.
Если мы скомпилируем наш новый пример с именем asmtest.c, вычеркнем символы и исключим стандартную библиотеку:
gcc-s-nostdlib asmtest.c -о asmtestмы получим двоичный файл размером менее 1 КБ (в моей системе это 984 байта). Большая часть этого кода - это исполняемые заголовки. Теперь мы вызываем прямой системный вызов Linux.
Для всех практических целей
Практически во всех случаях вам никогда не придется выполнять прямые системные вызовы в ваших программах на языке C. Однако, если вы используете язык ассемблера, может возникнуть необходимость. Однако при оптимизации лучше всего позволить функциям библиотеки C выполнять системные вызовы и иметь только ваш критически важный для производительности код, встроенный в директивы сборки.
Как программировать учебные пособия по системному вызову
Список всех системных вызовов
Если вы хотите увидеть список всех доступных системных вызовов для Linux, вы можете проверить эти справочные страницы: Полный список системных вызовов на LinuxHint.com, filippo.io/linux-syscall-table/ и или syscalls.kernelgrok.com