Вашими настольными книгами, кроме книги по языку Си должны стать "Справочное руководство": man2 (по системным вызовам), man3 (по библиотечным функциям).
|
С первых же шагов следите за стилем оформления своих программ. Делайте отступы, пишите комментарии, используйте осмысленные имена переменных и функций, отделяйте логические части программы друг от друга пустыми строками. Помните, что "лишние" пробелы и пустые строки в Си допустимы везде, кроме изображений констант и имен.
|
Принципы взаимодействия с ядром
Удобство и эффективность современных вариантов ОС UNIX не означает, что вся система, включая ядро, спроектирована и структурирована наилучшим образом. ОС UNIX развивалась на протяжении многих лет. Естественно, наращивались возможности системы, и, как это часто бывает в больших системах, качественные улучшения структуры ОС UNIX не поспевали за ростом ее возможностей. В результате, ядро большинства современных коммерческих вариантов ОС UNIX представляет собой не очень четко структурированный монолит большого размера. По этой причине программирование на уровне ядра ОС UNIX продолжает оставаться искусством (если не считать отработанной и понятной технологии разработки драйверов внешних устройств).
В любой операционной системе поддерживается некоторый механизм, который позволяет пользовательским программам обращаться за услугами ядра ОС.
В операционных системах наиболее известной советской вычислительной машины БЭСМ-6 соответствующие средства общения с ядром назывались экстракодами, в операционных системах IBM они назывались системными макрокомандами и т.д. В ОС UNIX такие средства называются системными вызовами.
Название не изменяет смысл, который состоит в том, что для обращения к функциям ядра ОС используются "специальные команды" процессора (для Intel – int), при выполнении которых возникает особого рода внутреннее прерывание процессора, переводящее его в режим ядра (в большинстве современных ОС этот вид прерываний называется trap − ловушка). При обработке таких прерываний (дешифрации) ядро ОС распознает, что на самом деле прерывание является запросом к ядру со стороны пользовательской программы на выполнение определенных действий, выбирает параметры обращения и обрабатывает его, после чего выполняет "возврат из прерывания", возобновляя нормальное выполнение пользовательской программы.
Понятно, что конкретные механизмы возбуждения внутренних прерываний по инициативе пользовательской программы различаются в разных аппаратных архитектурах. Поскольку ОС UNIX стремится обеспечить среду, в которой пользовательские программы могли бы быть полностью мобильны, потребовался дополнительный уровень, скрывающий особенности конкретного механизма возбуждения внутренних прерываний. Этот механизм обеспечивается так называемой библиотекой системных вызовов.
Для пользователя библиотека системных вызовов представляет собой обычную библиотеку заранее реализованных функций системы программирования языка Си. При программировании на языке Си использование любой функции из библиотеки системных вызовов ничем не отличается от использования любой собственной или библиотечной Си-функции. Однако внутри любой функции конкретной библиотеки системных вызовов содержится код, являющийся, вообще говоря, специфичным для данной аппаратной платформы.
Системные вызовы
Что же это такое? С точки зрения Си-программиста - это обычные функции. В них передают аргументы, они возвращают значения. Внешне они ничем не отличаются от написанных нами или библиотечных функций и вызываются из программ одинаковым с ними способом.
С точки же зрения реализации − есть глубокое различие. Тело функции − системного вызова расположено не в пользовательской программе, а в резидентной (т.е. постоянно находящейся в памяти компьютера) управляющей программе, называемой ядром операционной системы.
Сам термин "системный вызов" как раз означает "вызов операционной системы для выполнения действия", т.е. вызов функции, находящейся в ядре системы. Ядро работает в привилегированном режиме, в котором имеет доступ к некоторым системным таблицам, регистрам, портам внешних устройств и диспетчера памяти, к которым обычным программам доступ аппаратно запрещен (в отличие от MS DOS, где все таблицы ядра доступны пользовательским программам, что создает раздолье для вирусов). Системный вызов происходит в 2 этапа: сначала в пользовательской программе вызывается библиотечная функция −"корешок", тело которой написано на ассемблере и содержит команду генерации прерывания. Это − главное отличие от нормальных Си-функций − вызов по прерыванию. Вторым этапом является реакция ядра на прерывание:
переход в привилегированный режим;
разбирательство, КТО обратился к ядру, и подключение u-area этого процесса к адресному пространству ядра (context switching);
извлечение аргументов из памяти запросившего процесса;
выяснение, ЧТО же хотят от ядра (один из аргументов, невидимый нам - это номер системного вызова);
проверка корректности остальных аргументов;
проверка прав процесса на допустимость выполнения такого запроса;
вызов тела требуемого системного вызова − это обычная Си-функция в ядре;
возврат ответа в память процесса;
выключение привилегированного режима;
возврат из прерывания.
Во время системного вызова (шаг 7) процесс может "заснуть", дожидаясь некоторого события (например, нажатия кнопки на клавиатуре). В это время ядро передаст управление другому процессу. Когда наш процесс будет "разбужен" (событие произошло) − он продолжит выполнение шагов системного вызова.