Panggilan sistem adalah mekanisme di mana program pengguna meminta operasi istimewa melalui antara muka kernel. Aliran kerja adalah: 1. Program pengguna memanggil fungsi enkapsulasi; 2. Tetapkan nombor panggilan sistem dan parameter kepada daftar; 3. Melaksanakan arahan syscall dan jatuh ke dalam negeri kernel; 4. Melaksanakan fungsi pemprosesan yang sepadan dalam jadual semak; 5. Kembali ke keadaan pengguna selepas pelaksanaan. Anda boleh menggunakan alat Strace untuk mengesan, terus panggil fungsi SYSCall () atau periksa fail header Unitd.H untuk melihat nombor panggilan. Anda perlu ambil perhatian bahawa perbezaan antara panggilan sistem dan fungsi perpustakaan adalah sama ada mereka memasuki keadaan kernel, dan panggilan yang kerap akan menjejaskan prestasi. Anda harus mengoptimumkan dengan menggabungkan I/O, menggunakan kaedah MMAP dan Epoll, dan pemahaman panggilan sistem akan membantu anda menguasai mekanisme operasi asas Linux.

Panggilan sistem Linux (panggilan sistem) adalah mekanisme teras untuk program pengguna untuk berinteraksi dengan kernel. Mereka menyediakan aplikasi dengan antara muka untuk mengakses perkhidmatan perkakasan dan sistem operasi yang mendasari, seperti operasi fail, kawalan proses, komunikasi rangkaian, dan lain -lain. Memahami prinsip kerja panggilan sistem akan membantu anda memahami mekanisme operasi sistem Linux dan sangat penting untuk pengaturcaraan sistem, penalaan prestasi dan penyelesaian masalah.

Apakah panggilan sistem?

Panggilan sistem adalah satu set antara muka yang disediakan oleh kernel sistem operasi, yang membolehkan program di ruang pengguna untuk meminta kernel untuk melaksanakan operasi istimewa tertentu. Oleh kerana program pengguna tidak dapat mengakses perkakasan secara langsung atau melaksanakan arahan sensitif (seperti mengubah unit pengurusan memori, daftar peranti operasi, dan lain -lain), tugas -tugas ini mesti "diwakilkan" kepada kernel melalui panggilan sistem.

Panggilan sistem biasa termasuk:

• open() : Buka fail
• read() / write() : Baca atau tulis fail atau peranti
• fork() / execve() : Buat proses dan laksanakan program
• exit() : Menamatkan proses semasa
• socket() / bind() / send() : Lakukan komunikasi rangkaian
• mmap() : memori yang dipetakan fail atau memori yang diperuntukkan

Fungsi -fungsi ini kelihatan seperti fungsi perpustakaan C biasa, tetapi secara dalaman mencetuskan suis dari keadaan pengguna ke negeri kernel.

Bagaimana Panggilan Sistem berfungsi?

Intipati panggilan sistem adalah bahawa program keadaan pengguna jatuh ke dalam keadaan kernel melalui gangguan lembut atau arahan khas , dan kernel melaksanakan fungsi yang sepadan sebelum kembali ke keadaan pengguna.

Proses asas adalah seperti berikut:

1. Program Pengguna panggilan fungsi enkapsulasi
   Sebagai contoh, jika anda memanggil write(fd, buf, len) di perpustakaan C, fungsi ini hanya pembungkus.

2. Tetapkan Nombor Panggilan Sistem dan Parameter
   Letakkan nombor panggilan sistem (seperti __NR_write ) ke dalam daftar tertentu (seperti rax ), dan letakkan parameter ke rdi , rsi , rdx , dll.

3. Mencetuskan arahan untuk terjebak dalam kernel
   Gunakan Arahan syscall (x86-64) atau int 0x80 (kaedah lama) untuk memasuki keadaan kernel.

4. Carian kernel dan melaksanakan fungsi pemprosesan panggilan sistem
   Kernel mendapati fungsi yang sepadan dalam jadual panggilan sistem ( sys_call_table ) mengikut nombor panggilan sistem, seperti sys_write() .

5. Kembali ke status pengguna selepas pelaksanaan
   Hasilnya dikembalikan melalui daftar (biasanya rax ) semasa memulihkan konteks keadaan pengguna.

?? NOTA: Program pengguna tidak dapat memanggil fungsi kernel secara langsung seperti sys_write , dan mesti diarahkan melalui arahan syscall .

Bagaimana melihat panggilan sistem?

Dalam pembangunan atau penyahpepijatan sebenar, terdapat banyak cara untuk memerhatikan tingkah laku panggilan sistem:

1. Gunakan alat strace

strace adalah alat penjejakan panggilan sistem yang paling biasa digunakan, yang boleh memaparkan semua panggilan sistem, parameter mereka dan nilai pulangan semasa pelaksanaan program.

 Strace ls

Contoh Output:

 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

Ini dapat membantu anda memahami operasi sebenar di sebalik arahan.

2. Gunakan fungsi syscall() secara langsung dalam program

Walaupun ia secara amnya cukup menggunakan glibc untuk merangkum fungsi, anda juga boleh memanggil syscall() secara langsung:

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

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

Ini bersamaan dengan write(1, "Hello\n", 6); , tetapi memintas enkapsulasi perpustakaan C.

3. Lihat /usr/include/asm/unistd.h atau dokumentasi dalam talian

Nombor panggilan sistem arkitek yang berbeza ditakrifkan dalam fail header. Sebagai contoh, nombor panggilan x86-64 boleh didapati dalam asm/unistd_64.h .

Sistem panggilan vs fungsi perpustakaan

Pemula sering mengelirukan panggilan sistem dan fungsi perpustakaan. Perbezaan utama ialah:

? NOTA: printf bukan panggilan sistem, akhirnya akan memanggil write() untuk mencetuskan panggilan sistem.

Petua: Kesan prestasi panggilan sistem

Panggilan sistem yang kerap mempengaruhi prestasi program kerana konteksnya dihidupkan setiap masa. Cadangan pengoptimuman termasuk:

• Gabungkan write() panggilan dan gunakan output batch buffered
• Gunakan mmap dan bukannya read/write untuk memproses fail besar
• Menggunakan mekanisme seperti epoll untuk mengurangkan bilangan sistem panggilan untuk rangkaian I/O

Dalam perkhidmatan berprestasi tinggi, mengurangkan bilangan panggilan sistem sering merupakan titik pengoptimuman utama.

Pada dasarnya itu sahaja. Panggilan sistem adalah "asas" program Linux. Walaupun kebanyakan mereka dikemas oleh API lanjutan dalam pembangunan harian, mereka adalah konsep teras yang tidak dapat dielakkan apabila pengaturcaraan sistem yang mendalam. Memahami ia akan membuat anda lebih jelas tentang apa yang sedang berlaku pada program di bahagian bawah.

Atas ialah kandungan terperinci Memahami Panggilan Sistem Linux. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!