システムコールは、ユーザープログラムがカーネルインターフェイスを介して特権操作を要求するメカニズムです。ワークフローは次のとおりです。1。ユーザープログラムは、カプセル化関數(shù)を呼び出します。 2.システムの呼び出し番號(hào)とパラメーターをレジスタに設(shè)定します。 3。syscallの指示を?qū)g行し、カーネル狀態(tài)に陥ります。 4。チェックテーブルで対応する処理機(jī)能を?qū)g行します。 5。実行後にユーザー狀態(tài)に戻ります。 Straceツールを使用して追跡、syscall（）関數(shù)を直接呼び出すか、unitd.hヘッダーファイルをチェックして呼び出し番號(hào)を表示できます。システムコールとライブラリ機(jī)能の違いは、カーネル狀態(tài)に入るかどうか、頻繁な呼び出しがパフォーマンスに影響することに注意する必要があることに注意する必要があります。 I/Oをマージし、MMAPとepollメソッドを使用して最適化する必要があり、システムコールを理解することで、Linuxの基礎(chǔ)となる動(dòng)作メカニズムを習(xí)得するのに役立ちます。

Linux System Call（システム呼び出し）は、ユーザープログラムがカーネルと対話するためのコアメカニズムです。ファイル操作、プロセス制御、ネットワーク通信など、基礎(chǔ)となるハードウェアおよびオペレーティングシステムサービスにアクセスするインターフェイスを提供します。システムコールの実用的な原則を理解することで、Linuxシステムのオペレーティングメカニズムを深く理解するのに役立ち、システムプログラミング、パフォーマンスチューニング、トラブルシューティングにとって非常に重要です。

システムコールとは何ですか？

システムコールは、オペレーティングシステムカーネルによって提供されるインターフェイスのセットであり、ユーザースペースのプログラムがカーネルに特定の特権操作を?qū)g行するよう要求できるようにします。ユーザープログラムは、ハードウェアに直接アクセスしたり、機(jī)密命令（メモリ管理ユニットの変更、操作デバイスレジスタなど）を?qū)g行できないため、これらのタスクはシステムコールを通じてカーネルに「委任」する必要があります。

一般的なシステム呼び出しは次のとおりです。

• open() ：ファイルを開きます
• read() / write() ：ファイルまたはデバイスの読み取りまたは書き込み
• fork() / execve() ：プロセスを作成してプログラムを?qū)g行する
• exit() ：現(xiàn)在のプロセスを終了します
• socket() / bind() / send() ：ネットワーク通信を?qū)g行します
• mmap() ：メモリマッピングファイルまたは割り當(dāng)てられたメモリ

これらの関數(shù)は、通常のCライブラリ関數(shù)のように見えますが、ユーザー狀態(tài)からカーネル狀態(tài)への切り替えを內(nèi)部的にトリガーします。

システム呼び出しはどのように機(jī)能しますか？

システムコールの本質(zhì)は、ユーザーステートプログラムがソフト割り込みまたは特別な指示を介してカーネル狀態(tài)に分類され、カーネルはユーザー狀態(tài)に戻る前に対応する関數(shù)を?qū)g行することです。

基本プロセスは次のとおりです。

1. ユーザープログラムは、カプセル化関數(shù)を呼び出します
   たとえば、Cライブラリでwrite(fd, buf, len)を呼び出す場(chǎng)合、この関數(shù)は単なるラッパーです。

2. システムの呼び出し番號(hào)とパラメーターを設(shè)定
   システムコール番號(hào)（ __NR_writeなど）を特定のレジスタ（ raxなど）に入れ、パラメーターをrdi 、 rsi 、 rdxなどに入れます。

3. カーネルに閉じ込められるように指示をトリガー
   syscallディレクティブ（x86-64）またはint 0x80 （古い方法）を使用して、カーネル狀態(tài)に入ります。

4. カーネルはシステムコール処理関數(shù)を検索して実行します
   カーネルはsys_write()などのシステムコール番號(hào)に従って、システムコールテーブル（ sys_call_table ）に対応する関數(shù)を見つけます。

5. 実行後にユーザーステータスに戻ります
   結(jié)果は、ユーザー狀態(tài)のコンテキストを復(fù)元しながら、レジスタ（通常はrax ）から返されます。

?§mote：ユーザープログラムは、 sys_writeなどのカーネル関數(shù)を直接呼び出すことはできず、 syscall命令を通じてリダイレクトする必要があります。

システムコールを表示する方法は？

実際の開発またはデバッグでは、システムコールの動(dòng)作を観察する多くの方法があります。

1. straceツールを使用します

strace 、プログラムの実行中にすべてのシステム呼び出し、そのパラメーター、および戻り値を表示できる最も一般的に使用されるシステムコールトラッキングツールです。

 Strace LS

出力例：

 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

これは、コマンドの背後にある実際の操作を理解するのに役立ちます。

2。プログラムで直接syscall()関數(shù)を使用します

一般に、glibcを使用して関數(shù)をカプセル化するのに十分ですが、 syscall()を直接呼び出すこともできます。

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

int main（）{
    syscall（sys_write、1、 "hello \ n"、6）;
    0を返します。
}

これはwrite(1, "Hello\n", 6); 、しかし、Cライブラリのカプセル化をバイパスします。

3。 /usr/include/asm/unistd.h /include/asm/unistd.hを表示]またはオンラインドキュメント

異なるアーキテクチャのシステムコール番號(hào)は、ヘッダーファイルで定義されています。たとえば、x86-64のコール番號(hào)はasm/unistd_64.hにあります。

システムコールとライブラリ関數(shù)

初心者はしばしばシステムの呼び出しとライブラリの機(jī)能を混同します。重要な違いは、次のとおりです。

?注： printfシステムコールではなく、最終的にはwrite()を呼び出してシステムコールをトリガーします。

ヒント：システムコールのパフォーマンスへの影響

頻繁なシステム呼び出しは、コンテキストが毎回切り替えられるため、プログラムのパフォーマンスに影響します。最適化の提案には次のものが含まれます。

• 小さなwrite()呼び出しをマージし、バッファーバッチ出力を使用します
• read/writeの代わりにmmapを使用して、大きなファイルを処理します
• epollなどのメカニズムを使用して、ネットワークI/Oのシステム呼び出しの數(shù)を減らす

高性能サービスでは、システムコールの數(shù)を減らすことが重要な最適化ポイントです。

基本的にそれだけです。システム呼び出しは、Linuxプログラムの「基礎(chǔ)」です。それらのほとんどは、毎日の開発における高度なAPIによってカプセル化されていますが、詳細(xì)なシステムプログラミングの場(chǎng)合は避けられないコアコンセプトです。それを理解することで、下部のプログラムに何が起こっているのかをより明確にすることができます。

以上がLinuxシステムコールの理解の詳細(xì)內(nèi)容です。詳細(xì)については、PHP 中國語 Web サイトの他の関連記事を參照してください。