Systemaufrufe sind Mechanismen, bei denen Benutzerprogramme privilegierte Vorg?nge über die Kernel -Schnittstelle anfordern. Der Workflow ist: 1. Benutzerprogramme Anrufverkapselungsfunktionen; 2. Setzen Sie Systemaufrufnummern und Parameter auf Register; 3.. Syscall -Anweisungen ausführen und in den Kernelstaat fallen; 4. Führen Sie die entsprechenden Verarbeitungsfunktionen in der Schecktabelle aus. 5. Kehren Sie nach Ausführung zum Benutzerstatus zurück. Sie k?nnen Strace Tool verwenden, um die Funktion syScall () direkt aufzurufen oder die Header -Datei in Unitd.h zu überprüfen, um die Anrufnummer anzuzeigen. Sie müssen beachten, dass der Unterschied zwischen Systemaufrufen und Bibliotheksfunktionen darin besteht, ob sie in den Kernelzustand eingeben und h?ufige Anrufe die Leistung beeinflussen. Sie sollten optimieren, indem Sie E/A zusammenführen, MMAP- und EPOLD -Methoden verwenden und Systemanrufe verstehen, hilft Ihnen dabei, den zugrunde liegenden Betriebsmechanismus von Linux zu beherrschen.

Linux -Systemaufrufe (Systemaufrufe) sind der Kernmechanismus für Benutzerprogramme, um mit dem Kernel zu interagieren. Sie stellen Anwendungen mit Schnittstellen zur Verfügung, um auf zugrunde liegende Hardware- und Betriebssystemdienste wie Dateivorg?nge, Prozesssteuerung, Netzwerkkommunikation usw. zuzugreifen. Das Verst?ndnis des Arbeitsprinzips von Systemaufrufen hilft Ihnen dabei, den Betriebsmechanismus des Linux -Systems tief zu verstehen und sind von gro?er Bedeutung für die Systemprogrammierung, die Leistungsstimmung und die Fehlerbehebung.

Was ist ein Systemanruf?

Systemaufrufe sind eine Reihe von Schnittstellen, die vom Kernel des Betriebssystems bereitgestellt werden, sodass Programme im Benutzerbereich den Kernel anfordern, bestimmte privilegierte Operationen auszuführen. Da Benutzerprogramme nicht direkt auf die Hardware zugreifen oder sensible Anweisungen ausführen k?nnen (z. B. Speicherverwaltungseinheiten, Betriebsger?teregister usw.), müssen diese Aufgaben über Systemaufrufe an den Kernel "delegiert" werden.

Gemeinsame Systemaufrufe sind:

• open() : ?ffnen Sie die Datei
• read() / write() : Lesen oder schreiben eine Datei oder ein Ger?t
• fork() / execve() : Erstellen Sie einen Prozess und führen Sie ein Programm aus
• exit() : beendet den aktuellen Prozess
• socket() / bind() / send() : Netzwerkkommunikation durchführen
• mmap() : Speicher zugeordnete Dateien oder zugeteilte Speicher

Diese Funktionen sehen aus wie normale C -Bibliotheksfunktionen, l?sen jedoch intern einen Wechsel vom Benutzerzustand zum Kernelstatus aus.

Wie funktionieren Systemanrufe?

Die Essenz von Systemaufrufen ist, dass das Benutzer-Zustand-Programm durch weiche Interrupts oder spezielle Anweisungen in den Kernel-Status f?llt , und der Kernel führt die entsprechenden Funktionen aus, bevor er in den Benutzerzustand zurückkehrt.

Der Grundprozess ist wie folgt:

1. Benutzerprogrammaufrufe Kapselungsfunktion
   Wenn Sie beispielsweise write(fd, buf, len) in der C -Bibliothek aufrufen, ist diese Funktion nur ein Wrapper.

2. Setzen Sie die Systemanrufnummer und Parameter
   Legen Sie die Systemaufrufnummer (z. B. __NR_write ) in ein bestimmtes Register (z. B. rax ) und geben Sie die Parameter in rdi , rsi , rdx usw. ein.

3. Ausl?sen von Anweisungen, um im Kernel
   stecken zu bleiben Verwenden Sie die syscall Direktive (x86-64) oder int 0x80 (alte Methode), um den Kernel-Zustand einzugeben.

4. Kernelsuche und Ausführung von Systemanrufverarbeitungsfunktionen
   Der Kernel findet die entsprechende Funktion in der Systemaufruftabelle ( sys_call_table ) gem?? der Systemaufrufnummer, wie z. B. sys_write() .

5. Kehren Sie nach Ausführung
   zum Benutzerstatus zurück Das Ergebnis wird über das Register (normalerweise rax ) zurückgegeben, wobei der Kontext des Benutzerstatus wiederhergestellt wird.

?? HINWEIS: Benutzerprogramme k?nnen Kernelfunktionen wie sys_write nicht direkt aufrufen und müssen über die syscall -Anweisung umgeleitet werden.

Wie kann ich Systemanrufe anzeigen?

In der tats?chlichen Entwicklung oder Debugging gibt es viele M?glichkeiten, das System -Call -Verhalten zu beobachten:

1. Verwenden Sie strace Tool

strace ist das am h?ufigsten verwendete System -Call -Tracking -Tool, mit dem alle Systemaufrufe, deren Parameter und Rückgabetupfer w?hrend der Programmausführung angezeigt werden k?nnen.

 Strace ls

Ausgangsbeispiel:

 execve ("/bin/ls", ["ls"], 0x7ff5a5b5b30) = 0
BRK (NULL) = 0x55A3B7C5B000
mmap (null, 8192, prot_read | prot_write, map_private | map_anonymous, -1, 0) = 0x7f9d2b3ed000
openat (at_fdcwd, "/etc/ld.so.cache", o_rdonly | o_cloexec) = 3

Dies kann Ihnen helfen, die tats?chliche Operation hinter einem Befehl zu verstehen.

2. Verwenden Sie syscall() direkt im Programm

Obwohl es im Allgemeinen ausreicht, GLIBC zu verwenden, um Funktionen zu verk?rpern, k?nnen Sie auch syscall() direkt aufrufen:

 #Include <sys/syscall.h>
#include <unistd.h>

int main () {
    syscall (sys_write, 1, "Hallo \ n", 6);
    Rückkehr 0;
}

Dies entspricht dem write(1, "Hello\n", 6); , aber umgeht die Einkapselung der C -Bibliothek.

3.. View /usr/include/asm/unistd.h oder Online -Dokumentation

Systemaufrufnummern verschiedener Architekturen sind in der Header -Datei definiert. Beispielsweise finden Sie die Anrufnummer von x86-64 in asm/unistd_64.h .

Systemaufrufe gegen Bibliotheksfunktionen

Anf?nger verwechseln oft Systemanrufe und Bibliotheksfunktionen. Der Hauptunterschied ist:

? Hinweis: printf ist kein Systemanruf, es wird schlie?lich write() aufgerufen, um den Systemanruf auszul?sen.

Tipps: Leistungsauswirkungen von Systemaufrufen

H?ufige Systemanrufe beeinflussen die Programmleistung, da der Kontext jedes Mal umgeschaltet wird. Zu den Optimierungsvorschl?gen geh?ren:

• Merge Small write() Anrufe und verwenden Sie die gepufferte Stapelausgabe
• Verwenden Sie mmap anstelle von read/write um gro?e Dateien zu verarbeiten
• Verwenden Sie Mechanismen wie epoll , um die Anzahl der Systemanforderungen für die Netzwerk -I/O zu verringern

In Hochleistungsdiensten ist die Reduzierung der Anzahl der Systemanrufe h?ufig ein wichtiger Optimierungspunkt.

Grunds?tzlich ist das. Systemanrufe sind die "Grundlage" von Linux -Programmen. Obwohl die meisten von ihnen durch fortgeschrittene APIs in der t?glichen Entwicklung eingekapselt sind, sind sie ein Kernkonzept, das bei eingehender Systemprogrammierung nicht vermieden werden kann. Wenn Sie es verstehen, werden Sie klarer darüber, was mit dem Programm unten passiert.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonVerst?ndnis von Linux -Systemaufrufen. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!