Первые дела в первую очередь

Прежде чем мы углубимся в определение системного вызова Linux и изучим 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 части системы.

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 в компьютере и с внешним миром программы не смогли бы чего-либо добиться.

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 «все является файлом», многие функции можно выполнять, открывая и читая или записывая в файл, 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 со стандартной библиотекой C, которая предоставляет тонкую, но важную оболочку для системных вызовов Linux. Библиотека гарантирует, что аргументы функции копируются в правильные регистры процессора, а затем выдает 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.

пустая функция()

Это, вероятно, самая простая программа на C, которую вы когда-либо видели. Он просто получает контроль через основную точку входа, а затем выходит. Он даже не возвращает значение, поскольку main определяется как void. Сохраните файл как ctest.c и скомпилируем:

gcc ctest.c -o ctest

После 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, по которой это 8k, в том, что включена среда выполнения libc. Даже если убрать символы, все равно чуть больше 6к.

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.

void _start ()
asm ("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 формате). Это прерывание заставляет ядро ​​обработать наш вызов.

Если мы скомпилируем наш новый пример под названием asmtest.c, вычеркните символы и исключите стандартную библиотеку:

gcc -s -nostdlib asmtest.c -o asmtest

мы создадим двоичный файл размером менее 1 КБ (в моей системе он дает 984 байта). Большая часть этого кода - исполняемые заголовки. Теперь мы вызываем прямой системный вызов Linux.

Для всех практических целей

Почти во всех случаях вам никогда не придется выполнять прямые системные вызовы в ваших программах на C. Однако, если вы используете язык ассемблера, может возникнуть необходимость. Однако при оптимизации было бы лучше 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

• Системный вызов Exec
• Форк системного вызова
• Статистический системный вызов

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 в LinuxHint.com, Filippo.io / linux-syscall-table / и / или системные вызовы.kernelgrok.ком