庫文件與系統調用

庫文件

先從我們熟悉的c庫入手，理解系統調用(system call)。c代碼中調用printf函數，經歷了以下調用過程：

最終輸出的功能由內核中write調用完成，c庫封裝了系統調用。

對於以下hello world程序：

int main()n{n　　printf("Hello world.n");n　　return 0;n}n

我們可以使用ldd查看程序依賴的庫文件：

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

輸出結果中顯示了hello程序依賴的動態庫文件，其中linux-vdso.so.1指向進程虛擬內存地址，是一個虛擬的庫文件，在每個程序的虛擬內存都存在，其將內核態的調用映射到用戶地址空間中，使得調用開銷更小。

有些時候，在我們編譯程序時，會出現找不到某某lib的提示，又或者ldd查詢到某庫鏈接指示」not found」，這是因為ldd在/etc/ld.so.cache中不存在相應庫文件的查找路徑(使用strace跟蹤ldd命令可以看到ld.so.cache文件被讀取)。

要解決找不到某庫的問題，我們可以將庫文件路徑加到用戶的LIBRARY_PATH環境變數中，也可以添加到全局的/etc/ld.so.conf配置文件中，添加完後以root用戶執行ldconfig，以更新/etc/ld.so.cache緩存文件。

使用rpm命令可以查到動態庫屬於哪個rpm包：

linux # rpm -qf /lib64/libc.so.6nglibc-2.11.1-0.17.4n

反過來，對某一rpm包，我們可以查其包含的內容：

linux # rpm -ql glibc-2.11.1-0.17.4n/etc/bindresvport.blacklistn/etc/default/nssn/etc/gai.confn/etc/ld.so.cachen/etc/ld.so.confn……n

devel包中包含了c庫函數的頭文件，而普通包中不包含頭文件，可以使用rpm查詢對比開發包和普通包：

rpm -ql glibc-2.4-31.77.88.4nrpm -ql glibc-devel-2.4-31.77.88.4n

系統調用

每一個系統調用對應一個系統調用號(system call number)，使用系統調用的過程就是將系統調用號和參數傳遞給內核。

使用objdump，可以對庫文件進行反彙編，以下對/lib64/libc.so.6進行反彙編，並查看getpid函數相應的部分彙編代碼：

00000000000933e0 <__getpid>:n……n933fa: 00n933fb: 85 c0 test %eax,%eaxn933fd: 75 f0 jne 933ef <__getpid+0xf>n933ff: b8 27 00 00 00 mov $0x27,%eaxn93404: 0f 05 syscalln93406: 85 d2 test %edx,%edxn……n

在以上輸出中，mov指令將系統調用號0x27放入eax寄存器中，0x27作為syscall的參數，syscall完成調用getpid的工作。

系統調用與系統調用號對應關係在include/asm/unistd.h中定義，我們可以查到getpid相應的定義語句：

#define __NR_getpid 39n__SYSCALL(__NR_getpid, sys_getpid)n

unistd.h定義了POSIX標準提供的系統調用，所有符合POSIX標準的Unix系統均提供該頭文件。

我們可以直接傳遞系統調用號給syscall函數，完成系統調用，以下程序說明了如何使用syscall直接完成getpid系統調用：

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

因而總結來說，使用系統調用的方式有兩種：

1. c庫中封裝了系統調用，通過c庫間接調用
2. 傳遞系統調用號，通過syscall直接調用

第2種方式存在的意義在於，當kernel提供了新的系統調用，而c庫又沒有更新時，可以使用syscall調用新的系統調用。

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