Innan vi fördjupar oss i definitionen av ett Linux -systemanrop och undersöker detaljerna i dess körning är det bäst att börja med att definiera de olika programvarulagren i ett typiskt Linux -system.
Linux -kärnan är ett specialiserat program som startar och körs på den lägsta tillgängliga nivån på din maskinvara. Den har till uppgift att ordna allt som körs på datorn, inklusive hantering av tangentbord, hårddiskar och nätverkshändelser för att tillhandahålla tidskivor för att köra flera program parallellt.
När kärnan kör ett program på användarnivå, virtualiserar det minnesutrymmet så att program tror att det är den enda processen som körs i minnet. Denna skyddande bubbla av maskin- och programvaruisolering ökar säkerheten och tillförlitligheten. En oprivilegerad applikation kan inte komma åt minne som tillhör andra program, och om det programmet kraschar avslutas kärnan så att den inte kan skada resten av systemet.
Breeching the Barrier med Linux System Calls
Detta isoleringsskikt mellan oprivilegerade applikationer ger en utmärkt gräns för att skydda andra applikationer och användare på systemet. Men utan någon form av gränssnitt med de andra elementen i datorn och omvärlden skulle program inte kunna åstadkomma mycket av någonting.
För att underlätta interaktion anger kärnan en mjukvaruport som gör att det igångsatta programmet kan begära att kärnan agerar för dess räkning. Detta gränssnitt kallas ett systemanrop.
Eftersom Linux följer UNIX -filosofin om allt är en fil, kan många funktioner utföras genom att öppna och läsa eller skriva till en fil, vilket kan vara en enhet. I Windows kan du till exempel använda en funktion som heter CryptGenRandom för att komma åt slumpmässiga byte. Men på Linux kan detta göras genom att helt enkelt öppna filen/dev/urandom och läsa byte från den med hjälp av vanliga filinmatnings-/utmatningssystemanrop. Denna avgörande skillnad möjliggör ett enklare systemsamtalsgränssnitt.
Wafer-Thin Wrapper
I de flesta applikationer görs inte systemanrop direkt till kärnan. Nästan alla program länkar till standard C -biblioteket, vilket ger en tunn men viktig omslag kring Linux -systemsamtal. Biblioteket ser till att funktionsargumenten kopieras till rätt processorregister och utfärdar sedan motsvarande Linux -systemanrop. När data tas emot från samtalet tolkar omslaget resultaten och returnerar dem till programmet på ett konsekvent sätt.
Bakom kulisserna
Varje funktion i ett program som interagerar med systemet översätts så småningom till ett systemanrop. För att se detta i aktion, låt oss börja med ett grundläggande exempel.
tomhethuvud() {}
Detta är förmodligen det mest triviala C -programmet du någonsin kommer att se. Den får helt enkelt kontroll via huvudingången och lämnar sedan. Det returnerar inte ens ett värde eftersom main är definierat som ogiltigt. Spara filen som ctest.c och låt oss sammanställa den:
gcc ctest.c -ctestNär det väl har sammanställts kan vi se filstorleken som 8664 byte. Det kan variera något på ditt system, men det bör vara runt 8k. Det är mycket kod bara för att gå in och ut! Anledningen till att det är 8k är att libc -körtiden ingår. Även om vi tar bort symbolerna är det fortfarande lite över 6k.
I ett ännu enklare exempel kan vi få Linux -systemets uppmaning att avsluta snarare än beroende på C -körningstiden för att göra det åt oss.
tomhet_Start() {asm('movl $ 1,%eax;'
'xorl %ebx, %ebx;'
'int $ 0x80');
}
Här flyttar vi 1 in i EAX -registret, rensar ut EBX -registret (som annars skulle innehålla returvärdet) och kallar sedan Linux -systemets anropsavbrott 0x80 (eller 128 i decimal). Detta avbrott utlöser kärnan för att behandla vårt samtal.
Om vi sammanställer vårt nya exempel, kallat asmtest.c, och tar bort symbolerna och utesluter standardbiblioteket:
gcc-s-nostdlib asmtest.c -o testvi kommer att producera en binär mindre än 1k (på mitt system ger den 984 byte). Det mesta av denna kod är körbara rubriker. Vi ringer nu det direkta Linux -systemsamtalet.
För alla praktiska ändamål
I nästan alla fall behöver du aldrig ringa system direkt i dina C -program. Om du använder monteringsspråk kan dock behovet uppstå. Vid optimering är det dock bäst att låta C-bibliotekets funktioner ringa systemanropen och bara ha din prestationskritiska kod inbäddad i monteringsdirektiven.
Hur man programmerar systemsamtalstutorials
Lista över alla systemsamtal
Om du vill se en lista över alla tillgängliga systemanrop för Linux kan du kontrollera dessa referenssidor: Fullständig lista över systemsamtal på LinuxHint.com, filippo.io/linux-syscall-table/ och eller syscalls.kernelgrok.com