kernel笔记——库文件与系统调用

4697阅读　0评论2012-07-11　bangerlee
分类：LINUX

库文件

先从我们熟悉的c库入手，理解系统调用(system call)。c代码中调用printf函数，经历了以下调用过程：


最终输出的功能由内核中write调用完成，c库封装了系统调用。

对于以下hello world程序：

  1. #include
  2. int main()
  3. {
  4. 　　printf("Hello world.\n");
  5. 　　return 0;
  6. }

我们可以使用ldd查看程序依赖的库文件：

  1. linux # ldd hello
  2. 　　　　linux-vdso.so.1 => (0x00007fff89fe2000)
  3. 　　　　libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007fd142094000)
  4. 　　　　/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007fd1423f2000)

输出结果中显示了hello程序依赖的动态库文件，其中linux-vdso.so.1指向进程虚拟内存地址，是一个虚拟的库文件，在每个程序的虚拟内存都存在，其将内核态的调用映射到用户地址空间中，使得调用开销更小。

 

有些时候，在我们编译程序时，会出现找不到某某lib的提示，又或者ldd查询到某库链接指示”not found”，这是因为ldd在/etc/ld.so.cache中不存在相应库文件的查找路径(使用strace跟踪ldd命令可以看到ld.so.cache文件被读取)。

 

要解决找不到某库的问题，我们可以将库文件路径加到用户的LIBRARY_PATH环境变量中，也可以添加到全局的/etc/ld.so.conf配置文件中，添加完后以root用户执行ldconfig，以更新/etc/ld.so.cache缓存文件。

 

使用rpm命令可以查到动态库属于哪个rpm包：

  1. linux # rpm -qf /lib64/libc.so.6
  2. glibc-2.11.1-0.17.4


反过来，对某一rpm包，我们可以查其包含的内容：

  1. linux # rpm -ql glibc-2.11.1-0.17.4
  2. /etc/bindresvport.blacklist
  3. /etc/default/nss
  4. /etc/gai.conf
  5. /etc/ld.so.cache
  6. /etc/ld.so.conf
  7. ……


devel包中包含了c库函数的头文件，而普通包中不包含头文件，可以使用rpm查询对比开发包和普通包：

  1. rpm -ql glibc-2.4-31.77.88.4
  2. rpm -ql glibc-devel-2.4-31.77.88.4

 

系统调用

每一个系统调用对应一个系统调用号(system call number)，使用系统调用的过程就是将系统调用号和参数传递给内核。

 

使用objdump，可以对库文件进行反汇编，以下对/lib64/libc.so.6进行反汇编，并查看getpid函数相应的部分汇编代码：

  1. 00000000000933e0 <__getpid>:
  2. ……
  3. 933fa: 00
  4. 933fb: 85 c0           test %eax,%eax
  5. 933fd: 75 f0           jne 933ef <__getpid+0xf>
  6. 933ff: b8 27 00 00 00  mov $0x27,%eax
  7. 93404: 0f 05           syscall
  8. 93406: 85 d2           test %edx,%edx
  9. ……


在以上输出中，mov指令将系统调用号0x27放入eax寄存器中，0x27作为syscall的参数，syscall完成调用getpid的工作。

 

系统调用与系统调用号对应关系在include/asm/unistd.h中定义，我们可以查到getpid相应的定义语句：

  1. #define __NR_getpid 39
  2. __SYSCALL(__NR_getpid, sys_getpid)

unistd.h定义了POSIX标准提供的系统调用，所有符合POSIX标准的Unix系统均提供该头文件。

 

我们可以直接传递系统调用号给syscall函数，完成系统调用，以下程序说明了如何使用syscall直接完成getpid系统调用：

  1. #define _GNU_SOURCE
  2. #include
  3. #include
  4. #include
  5. #include
  6. int main(int argc, char *argv[])
  7. {
  8. pid_t tid;
  9. tid = syscall(SYS_gettid);
  10. printf("%d\n", tid);
  11. }

因而总结来说，使用系统调用的方式有两种：

  1. c库中封装了系统调用，通过c库间接调用
  2. 传递系统调用号，通过syscall直接调用

 

第2种方式存在的意义在于，当kernel提供了新的系统调用，而c库又没有更新时，可以使用syscall调用新的系统调用。



Reference: Chapter 5 - System Calls, Linux kernel development.3rd.Edition



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