kernel笔记——库文件与系统调用

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：

#include
int main()
{
　　printf("Hello world.\n");
　　return ;
}

我们可以使用ldd查看程序依赖的库文件：

linux # ldd hello
　　　　linux-vdso.so. => (0x00007fff89fe2000)
　　　　libc.so. => /lib64/libc.so. (0x00007fd142094000)
　　　　/lib64/ld-linux-x86-.so. (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：

linux # rpm -qf /lib64/libc.so.
glibc-2.11.-0.17.

反过来，对某一rpm包，我们可以查其包含的内容：

linux # rpm -ql glibc-2.11.-0.17.
/etc/bindresvport.blacklist
/etc/default/nss
/etc/gai.conf
/etc/ld.so.cache
/etc/ld.so.conf
……

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：

rpm -ql glibc-2.4-31.77.88.4
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：

00000000000933e0 <__getpid>:
……
933fa:
933fb:  c0           test %eax,%eax
933fd:  f0           jne 933ef <__getpid+0xf>
933ff: b8      mov $0x27,%eax
: 0f            syscall
:  d2           test %edx,%edx
……

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：

#define __NR_getpid 39
__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：

#define _GNU_SOURCE
#include
#include
#include
#include
int main(int argc, char *argv[])
{
pid_t tid;
tid = syscall(SYS_gettid);
printf("%d\n", tid);
}

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