قبل الخوض في تعريف استدعاء نظام Linux وفحص تفاصيل تنفيذه ، من الأفضل أن نبدأ بتحديد طبقات البرامج المختلفة لنظام Linux النموذجي.
Linux kernel هو برنامج متخصص يقوم بالتمهيد والتشغيل عند أدنى مستوى متاح على أجهزتك. لديها مهمة تنظيم كل ما يتم تشغيله على الكمبيوتر ، بما في ذلك التعامل مع أحداث لوحة المفاتيح والقرص والشبكة لتوفير شرائح زمنية لتنفيذ برامج متعددة على التوازي.
عندما ينفذ kernel برنامجًا على مستوى المستخدم ، فإنه يجعل مساحة الذاكرة افتراضية بحيث تعتقد البرامج أنها العملية الوحيدة التي تعمل في الذاكرة. هذه الفقاعة الواقية من عزل الأجهزة والبرامج تزيد من الأمان والموثوقية. لا يمكن للتطبيق غير المتميز الوصول إلى الذاكرة التي تنتمي إلى برامج أخرى ، وفي حالة تعطل هذا البرنامج ، يتم إنهاء النواة بحيث لا يمكن أن تلحق الضرر ببقية النظام.
تجاوز الحاجز مع مكالمات نظام Linux
توفر طبقة العزل هذه بين التطبيقات غير المتميزة حدًا ممتازًا لحماية التطبيقات والمستخدمين الآخرين على النظام. ومع ذلك ، بدون طريقة ما للتفاعل مع العناصر الأخرى في الكمبيوتر والعالم الخارجي ، لن تتمكن البرامج من إنجاز الكثير من أي شيء.
لتسهيل التفاعل ، تحدد النواة بوابة برمجية تسمح للبرنامج قيد التشغيل بطلب أن تعمل النواة نيابة عنها. تُعرف هذه الواجهة باسم استدعاء النظام.
نظرًا لأن Linux يتبع فلسفة UNIX لأن كل شيء هو ملف ، يمكن إجراء العديد من الوظائف عن طريق الفتح والقراءة أو الكتابة إلى ملف ، والذي يمكن أن يكون جهازًا. في نظام التشغيل Windows ، على سبيل المثال ، قد تستخدم وظيفة تسمى CryptGenRandom للوصول إلى وحدات البايت العشوائية. ولكن في نظام Linux ، يمكن القيام بذلك ببساطة عن طريق فتح الملف / dev / urandom وقراءة البايت منه باستخدام مكالمات نظام إدخال / إخراج الملفات القياسية. يسمح هذا الاختلاف الجوهري بواجهة اتصال نظام أبسط.
غلاف رقيق بسكويت ويفر
في معظم التطبيقات ، لا يتم إجراء مكالمات النظام مباشرة إلى النواة. ترتبط جميع البرامج تقريبًا في مكتبة C القياسية ، والتي توفر غلافًا رفيعًا ولكنه مهم حول استدعاءات نظام Linux. تتأكد المكتبة من نسخ وسيطات الوظيفة في سجلات المعالج الصحيحة ثم تصدر استدعاء نظام Linux المقابل. عند تلقي البيانات من المكالمة ، يفسر الغلاف النتائج ويعيدها مرة أخرى إلى البرنامج بطريقة متسقة.
خلف الكواليس
تتم ترجمة كل وظيفة في برنامج يتفاعل مع النظام في النهاية إلى استدعاء نظام. لرؤية هذا عمليًا ، فلنبدأ بمثال أساسي.
فارغالأساسية() {}
ربما يكون هذا هو أكثر برامج C تافهًا التي ستراها على الإطلاق. إنه ببساطة يكتسب السيطرة عبر نقطة الدخول الرئيسية ثم المخارج. لا يُرجع حتى قيمة لأن main تُعرَّف على أنها باطلة. احفظ الملف باسم ctest.c ودعنا نجمعه:
مجلس التعاون الخليجي ctest.ج -الاختباربمجرد تجميعه ، يمكننا رؤية حجم الملف كـ 8664 بايت. قد يختلف قليلاً على نظامك ، لكن يجب أن يكون حوالي 8 كيلو. هذا كثير من التعليمات البرمجية فقط للدخول والخروج! السبب في أنها 8 كيلو بايت هو أنه تم تضمين وقت تشغيل libc. حتى لو جردنا الرموز ، فلا يزال حجمها يزيد عن 6 كيلو بايت.
في مثال أبسط ، يمكننا إجراء مكالمة نظام Linux للخروج بدلاً من الاعتماد على وقت تشغيل C للقيام بذلك من أجلنا.
فارغ_بداية() {asm('movl $ 1،٪ eax؛'
'xorl٪ ebx،٪ ebx؛'
'int $ 0x80')؛
}
هنا ننتقل 1 إلى سجل EAX ، امسح سجل EBX (الذي قد يحتوي بخلاف ذلك على قيمة الإرجاع) ثم اتصل بمقاطعة استدعاء نظام Linux 0x80 (أو 128 في النظام العشري). تؤدي هذه المقاطعة إلى تشغيل النواة لمعالجة مكالمتنا.
إذا قمنا بتجميع مثالنا الجديد ، المسمى asmtest.c ، وقمنا بإزالة الرموز واستبعاد المكتبة القياسية:
مجلس التعاون الخليجي-س-nostdlib asmtest.ج -س asmtestسننتج ثنائيًا أقل من 1 كيلو (على نظامي ينتج 984 بايت). معظم هذه التعليمات البرمجية عبارة عن رؤوس قابلة للتنفيذ. نحن الآن نستدعي استدعاء نظام Linux المباشر.
لجميع الأغراض العملية
في جميع الحالات تقريبًا ، لن تضطر أبدًا إلى إجراء مكالمات نظام مباشرة في برامج C. ومع ذلك ، إذا كنت تستخدم لغة التجميع ، فقد تظهر الحاجة. ومع ذلك ، في التحسين ، سيكون من الأفضل السماح لوظائف مكتبة C بإجراء مكالمات النظام والحصول على رمز الأداء الحرج الخاص بك فقط مدمج في توجيهات التجميع.
كيفية برمجة دروس استدعاء النظام
قائمة بجميع مكالمات النظام
إذا كنت تريد الاطلاع على قائمة بجميع مكالمات النظام المتاحة لنظام Linux ، فيمكنك التحقق من هذه الصفحات المرجعية: القائمة الكاملة لمكالمات النظام على LinuxHint.com ، filippo.io/linux-syscall-table/ و أو syscalls.kernelgrok.com