9.2. Системные вызовы
9.2. Системные вызовы
В этой книге практически повсеместно упоминаются системные вызовы, которые являются фундаментальными для программного окружения. На первый взгляд, они выглядят как обычные вызовы функций С. И это не случайно; они представляют собой специальную разновидность вызовов функций. Чтобы понять различия, нужно иметь общее представление о структуре операционной системы. Несмотря на то что операционная система Linux состоит из множества фрагментов кода (утилиты, библиотеки, приложения, программные библиотеки, драйверы устройств, файловые системы, управление памятью и так далее), все эти кодовые фрагменты работают в одном из двух контекстов: режиме пользователя или режиме ядра.
При разработку программы написанный код работает в режиме пользователя (user mode). Драйверы устройств и файловые системы, наоборот, работают в режиме ядра (kernel mode). В пользовательском режиме программы тщательно защищены от повреждений, вызванных их взаимодействием друг с другом или остальной частью системы. Код, работающий в режиме ядра, имеет полный доступ к компьютеру и может делать или же разрушать все, что угодно.
Драйвер, который разработан для управления и контроля аппаратного устройства, должен иметь полный доступ к нему. Устройство нужно защитить от случайных программ, чтобы они не смогли нарушить свою работу или работу друг друга, повредив само устройство. Память, с которой работает устройство, также защищена от случайных программ. Весь код, работающий в режиме ядра, существует исключительно для обслуживания кода, который работает в режиме пользователя. Системный вызов — это то, посредством чего код приложения, выполняющегося в пользовательском режиме, запрашивает службу, предоставляемую кодом, который выполняется в режиме ядра.
Возьмем, к примеру, процесс выделения памяти. Пользовательский процесс запрашивает память у защищенного кода, выполняющегося в режиме ядра, который и производит выделение физической памяти для процесса. В качестве следующего примера возьмем файловые системы, которые нуждаются в защите для поддержания целостности данных на диске (или в сети), но вашим повседневным, обычным процессам требуется считывать файлы из файловой системы.
Неприятные детали вызова через барьер пространств пользователь/ядро часто скрыты в библиотеке С. Процесс вызова через этот барьер не использует обычные вызовы функций; он использует неуклюжий интерфейс, оптимизированный по скорости и обладающий существенными ограничениями. Библиотека С скрывает большинство интерфейсов от глаз пользователя, предлагая взамен обычные функции С, которые являются оболочками для системных вызовов. Применение этих функций станет понятнее, если получить некоторое представление о том, что происходит внутри них.