Pirms iedziļināties Linux sistēmas izsaukuma definīcijā un izpētīt tā izpildes detaļas, vislabāk ir sākt ar tipiskas Linux sistēmas dažādu programmatūras slāņu definēšanu.
Linux kodols ir specializēta programma, kas sāk un darbojas zemākajā pieejamajā jūsu aparatūras līmenī. Tās uzdevums ir organizēt visu, kas darbojas datorā, ieskaitot tastatūras, diska un tīkla notikumu apstrādi, lai nodrošinātu laika šķēles vairāku programmu paralēlai izpildei.
Kad kodols izpilda lietotāja līmeņa programmu, tas virtualizē atmiņas vietu, lai programmas uzskatītu, ka tās ir vienīgais process, kas darbojas atmiņā. Šis aparatūras un programmatūras izolācijas burbulis palielina drošību un uzticamību. Nepriviliģēta lietojumprogramma nevar piekļūt citu programmu atmiņai, un, ja šī programma avarē, kodols tiek pārtraukts, lai tas nevarētu kaitēt pārējai sistēmai.
Šķēršļu pārvarēšana, izmantojot Linux sistēmas zvanus
Šis izolācijas slānis starp priviliģētajām lietojumprogrammām nodrošina lielisku robežu, lai aizsargātu citas sistēmas lietojumprogrammas un lietotājus. Tomēr, ja nebūtu kāda veida mijiedarbības ar citiem datora un ārpasaules elementiem, programmas nevarētu daudz ko paveikt.
Lai atvieglotu mijiedarbību, kodols apzīmē programmatūras vārtus, kas ļauj darbojošai programmai pieprasīt, lai kodols rīkotos tā vārdā. Šī saskarne ir pazīstama kā sistēmas zvans.
Tā kā Linux ievēro UNIX filozofiju, ka viss ir fails, daudzas funkcijas var veikt, atverot un lasot vai rakstot failā, kas varētu būt ierīce. Piemēram, operētājsistēmā Windows varat izmantot funkciju CryptGenRandom, lai piekļūtu nejaušiem baitiem. Bet operētājsistēmā Linux to var izdarīt, vienkārši atverot failu/dev/urandom un nolasot no tā baitus, izmantojot standarta failu ievades/izvades sistēmas zvanus. Šī būtiskā atšķirība ļauj izveidot vienkāršāku sistēmas zvanu saskarni.
Plāns vafeļu ietinējs
Lielākajā daļā lietojumprogrammu sistēmas zvani netiek veikti tieši uz kodolu. Praktiski visas programmas ir saistītas ar standarta C bibliotēku, kas nodrošina plānu, bet svarīgu iesaiņojumu ap Linux sistēmas zvaniem. Bibliotēka pārliecinās, ka funkciju argumenti tiek kopēti pareizajos procesoru reģistros, un pēc tam izdod atbilstošo Linux sistēmas zvanu. Kad no zvana tiek saņemti dati, iesaiņojums interpretē rezultātus un konsekventi atgriež tos programmai.
Aizkadrā
Katra programmas funkcija, kas mijiedarbojas ar sistēmu, galu galā tiek pārvērsta sistēmas izsaukumā. Lai to redzētu darbībā, sāksim ar pamata piemēru.
spēkā neesošsgalvenais() {}
Šī, iespējams, ir triviālākā C programma, kādu jūs jebkad redzēsit. Tas vienkārši iegūst kontroli, izmantojot galveno ieejas punktu, un pēc tam iziet. Tas pat neatgriež vērtību, jo galvenais ir definēts kā tukšs. Saglabājiet failu kā ctest.c un apkoposim to:
gcc ctest.c -ctestKad tas ir apkopots, mēs varam redzēt faila lielumu kā 8664 baitus. Tas var nedaudz atšķirties jūsu sistēmā, bet tam vajadzētu būt aptuveni 8k. Tas ir daudz kodu, lai ievadītu un izietu! Iemesls 8k ir tas, ka tiek iekļauts libc izpildlaiks. Pat ja noņemam simbolus, tas joprojām ir nedaudz vairāk par 6 tūkstošiem.
Vēl vienkāršākā piemērā mēs varam likt Linux sistēmai izsaukt iziešanu, nevis atkarībā no C izpildlaika, lai to izdarītu mūsu vietā.
spēkā neesošs_sākt() {asm('movl $ 1,%eax;'
'xorl %ebx, %ebx;'
'$ 0x80');
}
Šeit mēs pārvietojam 1 uz EAX reģistru, notīrām EBX reģistru (kas citādi saturētu atgriešanās vērtību), pēc tam izsaucam Linux sistēmas zvanu pārtraukumu 0x80 (vai 128 aiz komata). Šis pārtraukums aktivizē kodolu, lai apstrādātu mūsu zvanu.
Ja mēs apkopojam savu jauno piemēru ar nosaukumu asmtest.c un noņemam simbolus un izslēdzam standarta bibliotēku:
gcc-s-nostdlib asmtest.c -o asmtestmēs izveidosim bināru, kas mazāks par 1k (manā sistēmā tas dod 984 baitus). Lielākā daļa no šī koda ir izpildāmās galvenes. Mēs tagad zvanām uz tiešo Linux sistēmas zvanu.
Visiem praktiskiem mērķiem
Gandrīz visos gadījumos jums nekad nebūs jāveic tiešie sistēmas zvani savās C programmās. Tomēr, ja izmantojat montāžas valodu, var rasties vajadzība. Tomēr, optimizējot, vislabāk būtu ļaut C bibliotēkas funkcijām veikt sistēmas zvanus un montāžas direktīvās iekļaut tikai jūsu veiktspējai svarīgo kodu.
Kā programmēt sistēmas zvanu apmācības
Visu sistēmas zvanu saraksts
Ja vēlaties redzēt visu pieejamo sistēmas zvanu sarakstu Linux, varat pārbaudīt šīs atsauces lapas: Pilns sistēmas zvanu saraksts vietnē LinuxHint.com, filippo.io/linux-syscall-table/ un vai syscalls.kernelgrok.com