Содержимое файлов в каталоге /proc в основном представлено в форме текста, доступного для прочтения человеком, и может быть разобрано сценариями оболочки. Программа может просто открыть нужный файл и считать из него данные или записать их в него. В большинстве случаев для изменения содержимого файлов в каталоге /proc процесс должен быть привилегированным.
По мере рассмотрения различных частей интерфейса программирования Linux будут также рассматриваться и относящиеся к ним файлы каталога /proc. Дополнительная общая информация по этой файловой системе приводится в разделе 12.1. Файловая система /proc не определена никакими стандартами, и рассматриваемые здесь детали относятся только к системе Linux.
В этой главе был перечислены основные понятия, относящиеся к системному программированию Linux. Усвоение этих понятий должно предоставить пользователям с весьма скромным опытом работы с Linux или UNIX теоретическую базу, вполне достаточную для того, чтобы приступить к изучению системного программирования.
3. Общее представление о системном программировании
В текущей главе рассматриваются различные темы, без изучения которых невозможно перейти к системному программированию. Сначала будут описаны системные вызовы и подробно рассмотрены этапы их выполнения. Затем будет уделено внимание библиотечным функциям и их отличиям от системных вызовов, после чего все это будет увязано с описанием GNU-библиотеки C.
При осуществлении системного вызова или вызова библиотечной функции обязательно нужно проверять код возврата, чтобы определить, насколько успешно прошел вызов. Поэтому в главе описан порядок проведения таких проверок и представлен набор функций, которые используются в большинстве приводимых здесь примеров программ для диагностики ошибок, возвращаемых системными вызовами и библиотечными функциями.
В завершение будут рассмотрены различные вопросы, относящиеся к программированию портируемых программных средств, в частности использование макросов проверки возможностей и определенных в SUSv3 стандартных типов системных данных.
Системный вызов представляет собой управляемую точку входа в ядро, позволяющую процессу запрашивать у ядра осуществления некоторых действий в интересах процесса. Ядро дает возможность программам получать доступ к некоторым сервисам с помощью интерфейса прикладного программирования (API) системных вызовов. К таким сервисам, к примеру, относятся создание нового процесса, выполнение ввода-вывода и создание конвейеров для межпроцессного взаимодействия. (Системные вызовы Linux перечисляются на странице руководства syscalls(2).)
Перед тем как перейти к подробностям работы системных вызовов, следует упомянуть о некоторых их общих характеристиках.
• Системный вызов изменяет состояние процессора, переводя его из пользовательского режима в режим ядра, позволяя таким образом центральному процессору получать доступ к защищенной памяти ядра.
• Набор системных вызовов не изменяется. Каждый системный вызов идентифицируется по уникальному номеру. (Обычно программам эта система нумерации неизвестна, они идентифицируют системные вызовы по именам.)
• У каждого системного вызова может быть набор аргументов, определяющих информацию, которая должна быть передана из пользовательского пространства (то есть из виртуального адресного пространства процесса) в пространство ядра и наоборот.
С точки зрения программирования, инициирование системного вызова во многом похоже на вызов функции языка C. Но при выполнении системного вызова многое происходит закулисно. Чтобы пояснить, рассмотрим все последовательные этапы происходящего на конкретной аппаратной реализации — x86-32.
1. Прикладная программа осуществляет системный вызов, вызвав функцию-оболочку из библиотеки C.
2. Функция-оболочка должна обеспечить доступность всех аргументов системного вызова подпрограмме его перехвата и обработки (которая вскоре будет рассмотрена). Эти аргументы передаются функции-оболочке через стек, но ядро ожидает их появления в конкретных регистрах центрального процессора. Функция-оболочка копирует аргументы в эти регистры.
3. Поскольку вход в ядро всеми системными вызовами осуществляется одинаково, ядру нужен какой-нибудь метод идентификации системного вызова. Для обеспечения такой возможности функция-оболочка копирует номер системного вызова в конкретный регистр (%eax).