Lo primero es lo primero

Antes de profundizar en la definición de una llamada al sistema Linux y examinar los detalles de su ejecución, es mejor comenzar definiendo las distintas capas de software de un sistema Linux típico.

El kernel de Linux es un programa especializado que arranca y se ejecuta en el nivel más bajo disponible en su hardware. Tiene la tarea de orquestar todo lo que se ejecuta en la computadora, incluido el manejo de eventos de teclado, disco y red para proporcionar intervalos de tiempo para ejecutar múltiples programas en paralelo.

Cuando el kernel ejecuta un programa a nivel de usuario, virtualiza el espacio de la memoria para que los programas crean que son el único proceso que se ejecuta en la memoria. Esta burbuja protectora de aislamiento de hardware y software aumenta la seguridad y la confiabilidad. Una aplicación sin privilegios no puede acceder a la memoria que pertenece a otros programas, y si ese programa falla, el kernel termina para que no pueda dañar el resto del sistema.

Rompiendo la barrera con llamadas al sistema Linux

Esta capa de aislamiento entre aplicaciones sin privilegios proporciona un límite excelente para proteger otras aplicaciones y usuarios en el sistema. Sin embargo, sin alguna forma de interactuar con los otros elementos de la computadora y el mundo exterior, los programas no podrían lograr mucho de nada.

Para facilitar la interacción, el kernel designa una puerta de software que permite al programa en ejecución solicitar que el kernel actúe en su nombre. Esta interfaz se conoce como llamada al sistema.

Dado que Linux sigue la filosofía de UNIX de "todo es un archivo", muchas funciones se pueden realizar abriendo y leyendo o escribiendo en un archivo, que podría ser un dispositivo. En Windows, por ejemplo, puede usar una función llamada CryptGenRandom para acceder a bytes aleatorios. Pero en Linux, esto se puede hacer simplemente abriendo el "archivo" / dev / urandom y leyendo bytes de él usando llamadas al sistema de entrada / salida de archivos estándar. Esta diferencia crucial permite una interfaz de llamada al sistema más simple.

Envoltura fina de oblea

En la mayoría de las aplicaciones, las llamadas al sistema no se realizan directamente al kernel. Prácticamente todos los programas se enlazan en la biblioteca C estándar, que proporciona una envoltura delgada pero importante alrededor de las llamadas al sistema Linux. La biblioteca se asegura de que los argumentos de la función se copien en los registros del procesador correctos y luego emite la llamada al sistema Linux correspondiente. Cuando se reciben datos de la llamada, el contenedor interpreta los resultados y los devuelve al programa de manera coherente.

Entre bastidores

Cada función de un programa que interactúa con el sistema se traduce finalmente en una llamada al sistema. Para ver esto en acción, comencemos con un ejemplo básico.

vacío principal()

Este es probablemente el programa en C más trivial que jamás haya visto. Simplemente gana el control a través del punto de entrada principal y luego sale. Ni siquiera devuelve un valor ya que main se define como void. Guarde el archivo como ctest.c y compilemos:

gcc ctest.c -o ctest

Una vez compilado, podemos ver el tamaño del archivo como 8664 bytes. Puede variar ligeramente en su sistema, pero debería rondar los 8k. Eso es mucho código solo para entrar y salir! La razón por la que es 8k es que se incluye el tiempo de ejecución de libc. Incluso si quitamos los símbolos, todavía es un poco más de 6k.

En un ejemplo aún más simple, podemos hacer que la llamada al sistema Linux salga en lugar de depender del tiempo de ejecución de C para que lo haga por nosotros.

void _start ()
asm ("movl $ 1,% eax;"
"xorl% ebx,% ebx;"
"int $ 0x80");

Aquí movemos 1 al registro EAX, borramos el registro EBX (que de otro modo contendría el valor de retorno) y luego llamamos a la interrupción de llamada del sistema Linux 0x80 (o 128 en decimal). Esta interrupción hace que el kernel procese nuestra llamada.

Si compilamos nuestro nuevo ejemplo, llamado asmtest.c, y elimine los símbolos y excluya la biblioteca estándar:

gcc -s -nostdlib asmtest.c -o asmtest

produciremos un binario de menos de 1k (en mi sistema, produce 984 bytes). La mayor parte de este código son encabezados ejecutables. Ahora estamos llamando a la llamada directa al sistema Linux.

Para todos los propósitos prácticos

En casi todos los casos, nunca tendrá que realizar llamadas directas al sistema en sus programas C. Sin embargo, si usa lenguaje ensamblador, puede surgir la necesidad. Sin embargo, en la optimización, sería mejor dejar que las funciones de la biblioteca C realicen las llamadas al sistema y tener solo su código crítico para el rendimiento incrustado en las directivas de ensamblaje.

Cómo programar tutoriales de llamadas al sistema

• Llamada al sistema ejecutivo
• Llamada al sistema de horquilla
• Llamada al sistema de estadísticas

Lista de todas las llamadas al sistema

Si desea ver una lista de todas las llamadas al sistema disponibles para Linux, puede consultar estas páginas de referencia: Lista completa de llamadas al sistema en Linux.com, filippo.io / linux-syscall-table / yo syscalls.kernelgrok.com