Tout d'abord

Avant de nous plonger dans la définition d'un appel système Linux et d'examiner les détails de son exécution, il est préférable de commencer par définir les différentes couches logicielles d'un système Linux typique.

Le noyau Linux est un programme spécialisé qui démarre et s'exécute au niveau le plus bas disponible sur votre matériel. Il a pour tâche d'orchestrer tout ce qui s'exécute sur l'ordinateur, y compris la gestion des événements du clavier, du disque et du réseau pour fournir des tranches de temps pour l'exécution de plusieurs programmes en parallèle.

Lorsque le noyau exécute un programme au niveau utilisateur, il virtualise l'espace mémoire afin que les programmes croient qu'ils sont le seul processus exécuté en mémoire. Cette bulle protectrice d'isolation matérielle et logicielle augmente la sécurité et la fiabilité. Une application non privilégiée ne peut pas accéder à la mémoire appartenant à d'autres programmes, et si ce programme plante, le noyau se termine afin qu'il ne puisse pas endommager le reste du système.

Franchir la barrière avec les appels système Linux

Cette couche d'isolement entre les applications non privilégiées fournit une excellente limite pour protéger les autres applications et utilisateurs du système. Cependant, sans un moyen d'interface avec les autres éléments de l'ordinateur et du monde extérieur, les programmes ne seraient pas en mesure d'accomplir grand-chose.

Pour faciliter l'interaction, le noyau désigne une porte logicielle qui permet au programme en cours de demander que le noyau agisse en son nom. Cette interface est connue sous le nom d'appel système.

Étant donné que Linux suit la philosophie UNIX de « tout est un fichier », de nombreuses fonctions peuvent être exécutées en ouvrant et en lisant ou en écrivant dans un fichier, qui pourrait être un périphérique. Sous Windows, par exemple, vous pouvez utiliser une fonction appelée CryptGenRandom pour accéder aux octets aléatoires. Mais sous Linux, cela peut être fait en ouvrant simplement le "fichier" /dev/urandom et en lisant des octets à partir de celui-ci à l'aide d'appels système d'entrée/sortie de fichier standard. Cette différence cruciale permet une interface d'appel système plus simple.

Enveloppe ultra-fine

Dans la plupart des applications, les appels système ne sont pas effectués directement vers le noyau. Pratiquement tous les programmes sont liés à la bibliothèque C standard, qui fournit une enveloppe fine mais importante autour des appels système Linux. La bibliothèque s'assure que les arguments de la fonction sont copiés dans les registres corrects du processeur, puis émet l'appel système Linux correspondant. Lorsque les données sont reçues de l'appel, le wrapper interprète les résultats et les renvoie au programme de manière cohérente.

Dans les coulisses

Chaque fonction d'un programme qui interagit avec le système est finalement traduite en un appel système. Pour voir cela en action, commençons par un exemple de base.

void main()

C'est probablement le programme C le plus trivial que vous verrez jamais. Il prend simplement le contrôle via le point d'entrée principal puis sort. Il ne renvoie même pas de valeur puisque main est défini comme void. Enregistrez le fichier sous ctest.c et compilons-le :

test gcc.c -o ctest

Une fois compilé, nous pouvons voir la taille du fichier comme 8664 octets. Il peut varier légèrement sur votre système, mais il devrait être d'environ 8k. C'est beaucoup de code juste pour entrer et sortir! La raison pour laquelle c'est 8k est que le runtime libc est inclus. Même si on enlève les symboles, c'est quand même un peu plus de 6k.

Dans un exemple encore plus simple, nous pouvons faire l'appel système Linux pour quitter plutôt que de dépendre du runtime C pour le faire pour nous.

void _start()
asm("movl $1,%eax;"
"xorl %ebx,%ebx;"
"entier 0 $ x 80" );

Ici, nous déplaçons 1 dans le registre EAX, effaçons le registre EBX (qui contiendrait autrement la valeur de retour) puis appelons l'interruption d'appel système Linux 0x80 (ou 128 en décimal). Cette interruption déclenche le noyau pour traiter notre appel.

Si nous compilons notre nouvel exemple, appelé asmtest.c, et supprimez les symboles et excluez la bibliothèque standard :

gcc -s -nostdlib asmtest.c -o asmtest

nous allons produire un binaire de moins de 1k (sur mon système, il donne 984 octets). La plupart de ce code sont des en-têtes exécutables. Nous appelons maintenant l'appel système Linux direct.

À toutes fins pratiques

Dans presque tous les cas, vous n'aurez jamais à faire d'appels système directs dans vos programmes C. Si vous utilisez le langage assembleur, cependant, le besoin peut survenir. Cependant, en optimisation, il serait préférable de laisser les fonctions de la bibliothèque C effectuer les appels système et d'avoir uniquement votre code critique pour les performances intégré dans les directives d'assemblage.

Comment programmer des didacticiels d'appel système

• Appel système exécutif
• Appel du système de dérivation
• Appel système de statistiques

Liste de tous les appels système

Si vous souhaitez voir une liste de tous les appels système disponibles pour Linux, vous pouvez consulter ces pages de référence : Liste complète des appels système sur LinuxHint.com, philippo.io/linux-syscall-table/ et ou syscalls.graine.com