Järjestelmäkutsu - Muutoshistoria

Foliohattu: alun perin

2015-03-24T17:24:36Z

alun perin

← Vanhempi versio		Versio 24. maaliskuuta 2015 kello 20.24
Rivi 15:		Rivi 15:

	Joskus onkin käynyt niin, että järjestelmäkutsu on "alennettu" kirjastofunktioksi.		Joskus onkin käynyt niin, että järjestelmäkutsu on "alennettu" kirjastofunktioksi.
	Esimerkiksi <tt>fork</tt>-funktio oli ~~alunperin~~ Linuxin järjestelmäkutsu, mutta se korvattiin		Esimerkiksi <tt>fork</tt>-funktio oli alun perin Linuxin järjestelmäkutsu, mutta se korvattiin
	yleiskäyttöisemmällä <tt>clone</tt>-kutsulla, ja <tt>fork</tt>:sta tehtiin tavallinen funktio,		yleiskäyttöisemmällä <tt>clone</tt>-kutsulla, ja <tt>fork</tt>:sta tehtiin tavallinen funktio,
	joka kutsuu <tt>clone</tt>:a.		joka kutsuu <tt>clone</tt>:a.

Jem (24. lokakuuta 2011 kello 11.05)

2011-10-24T11:05:57Z

← Vanhempi versio		Versio 24. lokakuuta 2011 kello 14.05
Rivi 122:		Rivi 122:
	* [http://www.win.tue.nl/~aeb/linux/lk/lk-4.html The Linux Kernel: System Calls]		* [http://www.win.tue.nl/~aeb/linux/lk/lk-4.html The Linux Kernel: System Calls]
	* [http://articles.manugarg.com/systemcallinlinux2_6.html Sysenter Based System Call Mechanism in Linux 2.6]		* [http://articles.manugarg.com/systemcallinlinux2_6.html Sysenter Based System Call Mechanism in Linux 2.6]

			[[Luokka:Käsitteet]]
			[[Luokka:Järjestelmä]]

Jem (24. lokakuuta 2011 kello 08.31)

2011-10-24T08:31:57Z

Jem: Ak: Uusi sivu: Järjestelmäkutsut muodostavat rajapinnan prosessissa suoritettavan User Mode -ohjelman ja ytimen välillä. Rajapinnan avulla ohjelma voi käyttää ytimen tarjoamia palveluita,...

2011-10-23T18:23:42Z

Ak: Uusi sivu: Järjestelmäkutsut muodostavat rajapinnan prosessissa suoritettavan User Mode -ohjelman ja ytimen välillä. Rajapinnan avulla ohjelma voi käyttää ytimen tarjoamia palveluita,...

Uusi sivu

Järjestelmäkutsut muodostavat rajapinnan prosessissa suoritettavan [[User Mode]]
-ohjelman ja ytimen välillä. Rajapinnan avulla ohjelma voi käyttää
ytimen tarjoamia palveluita, kuten esimerkiksi lukea tiedostosta tai
käynnistää uuden ohjelman.

==Yleistä==

Linuxissa on yli kolmesataa erilaista järjestelmäkutsua, toiset keskeisempiä,
toiset vähän harvemmin käytettyjä. On tärkeää huomata, että [[POSIX]]-standardi, jota
Linux noudattaa, ei erottele järjestelmäkutsuja tavallisista funktiokutsuista.
POSIX määrittelee vain rajapinnan, ei sitä, mikä rajapinnan funktio on
tavallinen kirjastofunktio ja mikä oikeasti järjestelmäkutsu.
Järjestelmäkutsut ovat olemassa vain siksi, että ydin pystyisi takaamaan
lupaamansa säännöt, kuten muistialueiden ja tiedostojen suojaukset.

Joskus onkin käynyt niin, että järjestelmäkutsu on "alennettu" kirjastofunktioksi.
Esimerkiksi <tt>fork</tt>-funktio oli alunperin Linuxin järjestelmäkutsu, mutta se korvattiin
yleiskäyttöisemmällä <tt>clone</tt>-kutsulla, ja <tt>fork</tt>:sta tehtiin tavallinen funktio,
joka kutsuu <tt>clone</tt>:a.

==Esimerkkejä järjestelmäkutsuista==

Seuraavassa luettelo muutamasta usein käytetyistä kutsuista.

* tiedostojen käsittely: <tt>creat, open, read, write, lseek, close, chmod, link, unlink</tt>

* prosessien käsittely: <tt>clone, exec, wait, execve, nice, exit</tt>

* verkkorajapintaan liittyvät kutsut: <tt>socketcall</tt> (sisältäen <tt>socket, connect, bind, listen, accept</tt>)

* käyttäjien hallinta: <tt>getuid, setuid, chown, chgrp</tt>

Järjestelmäkutsut on dokumentoitu Linuxin manuaalin kappaleessa 2. <tt>man 2 intro</tt> -käsky antaa
lisätietoja.

==Järjestelmäkutsumekanismi==

Sovellusohjelman ei voida sallia kutsua ytimen koodia ihan vapaasti,
vaan sen on tapahduttava määritellyn kutsurajapinnan kautta. Rajoittamalla
kutsut tapahtuviksi tiettyjen osoitteiden kautta varmistutaan
siitä, että ytimen koodia kutsutaan oikein. Järjestelmäkutsun käsittelijärutiinissa
tehdään tyypillisesti tarkistuksia, kuten syötettyjen
parametrien järkevyyden testausta. Useimmissa tapauksissa tarkistetaan myös
onko kutsujalla oikeus suorittaa kutsu; esimerkiksi onko käyttäjällä
oikeutta lukea tiedostoa tai tappaa prosessia.

Järjestelmäkutsussa tapahtuu siirtymä prosessorin tilassa User Modesta
[[Kernel Mode]] -tilaan. Miten tämä tapahtuu riippuu käytetyn prosessorin
arkkitehtuurista, mutta tyypillinen tapa on niin sanottu "ohjelmallinen
keskeytys" (software interrupt). Tämä mekanismi toimii siten, että prosessori
suorittaa 'int'- tai 'trap'-käskyn, jonka seurauksena prosessori vaihtaa
tilansa Supervisor Mode -tilaan ja jatkaa suoritusta määritellystä
keskeytyksen käsittelijärutiinista.

Intel x86-perheen prosessoreilla Linuxissa on perinteisesti käytetty
<tt>int $0x80</tt> -käskyä järjestelmäkutsun suorittamiseen. Järjestelmäkutsun
numero välitetään <tt>eax</tt>-rekisterissä, muut parametrit rekistereissä
<tt>ebx</tt>, <tt>ecx</tt>, jne., riippuen kutsun parametrien lukumäärästä.

Sovellusohjelmat eivät kutsu järjestelmäkutsuja suoraan, vaan
samannimisia funktioita standardikirjasto [[Libc]]:ssä, jotka muodostavat
ohuen "kuoren" järjestelmäkutsun ympärille. Nämä funktiot
suorittavat sitten kukin vastaavan
järjestelmäkutsun. Syynä tähän järjestelyyn on se, että
järjestelmäkutsuilla on oma kutsutapansa; parametrit siirretään
rekistereissä ja itse kutsua ei suoriteta <tt>call</tt>-käskyllä, vaan
muulla mekanismlla, esim. yllä mainitulla <tt>int $0x80</tt> -käskyllä.

Tällä tavalla saadaan eristettyä varsinaisen järjestelmäkutsun monimutkaisuus
Libc-kirjaston hoidettavaksi Sovellusohjelmat voivat kutsua Libc:n vastaavaa
funktiota normaalilla korkean tason kielen (C) kutsulla, assembly-koodin sijasta.
Lisäksi ytimen kutsutapa on riippumaton kääntäjän käyttämästä C-kielen kutsutavasta.
Sovellusohjelmissa voidaan jopa vaihtaa kutsutapaa (esimerkiksi käyttämään parametrinvälitystä
rekistereissä pinon sijasta) muuttamatta ytimen järjestelmäkutsurajapintaa.
(Tämä tosin vaatii sekä sovellusten että kirjastojen, mukaan lukien libc, uudelleen
kääntämistä uudella kääntäjällä tai kääntäjän optioita muuttaen.)

Prosessorin rekistereitä käytetään parametrien välittämiseen siksi,
että prosessorin tilan vaihtuessa User Mode:sta Supervisor Mode -tilaan,
vaihtuu myös käytettävä pino.

==Sysenter ja Sysreturn==

Intelin x86-prosessoreissa on Pentium II -prosessorista alkaen ollut vaihtoehtoinen
käsky, jolla siirtymän User Modesta Kernel Mode -tilaan voi toteuttaa: <tt>sysenter</tt>.
Tämä käsky keksittiin tuomaan ratkaisu int-käskyyn liittyvään ongelmaan.

<tt>int $0x80</tt> -mekanismi on hidas, eli suoritus vaatii monta
kellojaksoa, ja se on muuttunut nykyaikaisissa prosessoreissa
suhteellisesti mitattuna yhä hitaammaksi. Uusi <tt>sysenter</tt>-käsky on
nopea, mutta vanhemmat prosessorit eivät tue sitä, jolloin on
käytettävä vanhempaa <tt>int $0x80</tt>-käskyä. (<tt>sysenter</tt>-käskyn kanssa
samanaikaisesti esitellyllä <tt>sysreturn</tt>-käskyllä palataan järjestelmäkutsusta.)

Tavoitteena on toisaalta
pitää Libc riippumattomana prosessoriversiosta ja myös puhtaana
koodista, joka ajon aikana tutkii mitä käskyjä prosessori tukee ja
mitä se ei tue.

Ratkaisuna tähän ongelmaan ''ydin'' tarjoaa koodin, jolla
prosessorikohtaisesti järjestelmäkutsu suoritetaan optimaalisella
tavalla: joko <tt>sysenter</tt>-käskyä käyttäen, <tt>int $0x80</tt>-käskyllä,
tai tulevaisuudessa mahdollisesti jollain muulla mekanismilla. Tämä
koodi sijaitsee prosessin osoiteavaruudessa pienellä, ennalta
määritetyllä muistialueella. Libc suorittaa järjestelmäkutsun
kutsumalla funktiota tällä alueella, ja funktio tekee
varsinaisen järjestelmäkutsun. Libc joutuu toki edelleen tutkimaan,
onko tämä muistialue olemassa jotta kirjasto toimisi myös ytimellä,
joka ei tue tätä uutta mekanismia.

==User Mode -järjestelmäkutsut==

Nopeammallakin <tt>sysenter</tt>-käskyllä suoritettuna järjestelmäkutsu on suhteellisen
paljon aikaa vievä operaatio. Kaikkia kutsuja varten ei kuitenkaan tarvitse tehdä siirtymää
Kernel Mode -tilaan. Esimerkiksi <tt>gettimeofday</tt>-kutsu, joka palauttaa ytimen käsityksen
kellonajasta, voidaan toteuttaa siten, että ydin sijoittaa toistuvasti tuoreen arvon
tunnettuun muistipaikkaan prosessin muistiavaruudessa. <tt>gettimeofday</tt>-funktio voi
käydä lukemassa arvon tästä muistipaikasta, tarvitsematta suorittaa <tt>sysenter</tt>-käskyä.

==Aiheesta muualla==

* [http://www.win.tue.nl/~aeb/linux/lk/lk-4.html The Linux Kernel: System Calls]
* [http://articles.manugarg.com/systemcallinlinux2_6.html Sysenter Based System Call Mechanism in Linux 2.6]

← Vanhempi versio		Versio 24. lokakuuta 2011 kello 11.31
Rivi 9:		Rivi 9:
	toiset vähän harvemmin käytettyjä. On tärkeää huomata, että [[POSIX]]-standardi, jota		toiset vähän harvemmin käytettyjä. On tärkeää huomata, että [[POSIX]]-standardi, jota
	Linux noudattaa, ei erottele järjestelmäkutsuja tavallisista funktiokutsuista.		Linux noudattaa, ei erottele järjestelmäkutsuja tavallisista funktiokutsuista.
	POSIX määrittelee vain rajapinnan, ei sitä, mikä rajapinnan funktio on		POSIX määrittelee vain [[API\|rajapinnan]], ei sitä, mikä rajapinnan funktio on
	tavallinen kirjastofunktio ja mikä oikeasti järjestelmäkutsu.		tavallinen kirjastofunktio ja mikä oikeasti järjestelmäkutsu.
	Järjestelmäkutsut ovat olemassa vain siksi, että ydin pystyisi takaamaan		Järjestelmäkutsut ovat olemassa vain siksi, että ydin pystyisi takaamaan
Rivi 31:		Rivi 31:
	* käyttäjien hallinta: <tt>getuid, setuid, chown, chgrp</tt>		* käyttäjien hallinta: <tt>getuid, setuid, chown, chgrp</tt>

	Järjestelmäkutsut on dokumentoitu Linuxin manuaalin kappaleessa 2. ~~<tt>~~man 2 intro~~</tt> -käsky antaa~~		Järjestelmäkutsut on dokumentoitu Linuxin manuaalin kappaleessa 2. Lisätietoja:
	~~lisätietoja.~~		man 2 intro

	==Järjestelmäkutsumekanismi==		==Järjestelmäkutsumekanismi==
Rivi 45:		Rivi 45:
	oikeutta lukea tiedostoa tai tappaa prosessia.		oikeutta lukea tiedostoa tai tappaa prosessia.

	Järjestelmäkutsussa tapahtuu siirtymä ~~prosessorin~~ tilassa User Modesta		Järjestelmäkutsussa tapahtuu siirtymä suorittimen (CPU) tilassa User Modesta
	[[Kernel Mode]] -tilaan. Miten tämä tapahtuu riippuu käytetyn ~~prosessorin~~		[[Kernel Mode]] -tilaan. Miten tämä tapahtuu riippuu käytetyn suorittimen
	arkkitehtuurista, mutta tyypillinen tapa on niin sanottu "ohjelmallinen		arkkitehtuurista, mutta tyypillinen tapa on niin sanottu "ohjelmallinen
	keskeytys" (software interrupt). Tämä mekanismi toimii siten, että ~~prosessori~~		keskeytys" (software interrupt). Tämä mekanismi toimii siten, että suoritin
	suorittaa 'int'- tai 'trap'-käskyn, jonka seurauksena ~~prosessori~~ vaihtaa		suorittaa 'int'- tai 'trap'-käskyn, jonka seurauksena suoritin vaihtaa
	tilansa Supervisor Mode -tilaan ja jatkaa suoritusta määritellystä		tilansa Supervisor Mode -tilaan ja jatkaa suoritusta määritellystä
	keskeytyksen käsittelijärutiinista.		keskeytyksen käsittelijärutiinista.

	Intel x86-perheen ~~prosessoreilla~~ Linuxissa on perinteisesti ~~käytetty~~		Intel x86-perheen suorittimilla Linuxissa on järjestelmäkutsut perinteisesti toteutettu
	<tt>int $0x80</tt> -~~käskyä järjestelmäkutsun suorittamiseen~~. Järjestelmäkutsun		<tt>int $0x80</tt> -käskyllä. Järjestelmäkutsun
	numero välitetään <tt>eax</tt>-rekisterissä, muut parametrit rekistereissä		numero välitetään <tt>eax</tt>-rekisterissä, muut parametrit rekistereissä
	<tt>ebx</tt>, <tt>ecx</tt>, jne., riippuen kutsun parametrien lukumäärästä.		<tt>ebx</tt>, <tt>ecx</tt>, jne., riippuen kutsun parametrien lukumäärästä.
Rivi 69:		Rivi 69:
	Tällä tavalla saadaan eristettyä varsinaisen järjestelmäkutsun monimutkaisuus		Tällä tavalla saadaan eristettyä varsinaisen järjestelmäkutsun monimutkaisuus
	Libc-kirjaston hoidettavaksi Sovellusohjelmat voivat kutsua Libc:n vastaavaa		Libc-kirjaston hoidettavaksi Sovellusohjelmat voivat kutsua Libc:n vastaavaa
	funktiota normaalilla korkean tason kielen (C) kutsulla, assembly-koodin sijasta.		funktiota normaalilla korkean tason kielen ([[C]]) kutsulla, assembly-koodin sijasta.
	Lisäksi ytimen kutsutapa on riippumaton kääntäjän käyttämästä C-kielen kutsutavasta.		Lisäksi ytimen kutsutapa on riippumaton kääntäjän käyttämästä C-kielen kutsutavasta.
	Sovellusohjelmissa voidaan jopa vaihtaa kutsutapaa (esimerkiksi käyttämään parametrinvälitystä		Sovellusohjelmissa voidaan jopa vaihtaa kutsutapaa (esimerkiksi käyttämään parametrinvälitystä
Rivi 76:		Rivi 76:
	kääntämistä uudella kääntäjällä tai kääntäjän optioita muuttaen.)		kääntämistä uudella kääntäjällä tai kääntäjän optioita muuttaen.)

	~~Prosessorin~~ rekistereitä käytetään parametrien välittämiseen siksi,		Suorittimen rekistereitä käytetään parametrien välittämiseen siksi,
	että ~~prosessorin~~ tilan vaihtuessa User Mode:sta Supervisor Mode -tilaan,		että suorittimen tilan vaihtuessa User Mode:sta Supervisor Mode -tilaan,
	vaihtuu myös käytettävä pino.		vaihtuu myös käytettävä pino.

	==Sysenter ja Sysreturn==		==Sysenter ja Sysreturn==

	Intelin x86-~~prosessoreissa~~ on Pentium II ~~-prosessorista~~ alkaen ollut vaihtoehtoinen		Intelin x86-suorittimissa on Pentium II:sta alkaen ollut vaihtoehtoinen
	käsky, jolla siirtymän User Modesta Kernel Mode -tilaan voi toteuttaa: <tt>sysenter</tt>.		käsky, jolla siirtymän User Modesta Kernel Mode -tilaan voi toteuttaa: <tt>sysenter</tt>.
	Tämä käsky keksittiin tuomaan ratkaisu int-käskyyn liittyvään ongelmaan.		Tämä käsky keksittiin tuomaan ratkaisu int-käskyyn liittyvään ongelmaan.

	<tt>int $0x80</tt> -mekanismi on hidas, eli suoritus vaatii monta		<tt>int $0x80</tt> -mekanismi on hidas, eli suoritus vaatii monta
	kellojaksoa, ja se on muuttunut nykyaikaisissa ~~prosessoreissa~~		kellojaksoa, ja se on muuttunut nykyaikaisissa suorittimissa
	suhteellisesti mitattuna yhä hitaammaksi. Uusi <tt>sysenter</tt>-käsky on		suhteellisesti mitattuna yhä hitaammaksi. Uusi <tt>sysenter</tt>-käsky on
	nopea, mutta vanhemmat ~~prosessorit~~ eivät tue sitä, jolloin on		nopea, mutta vanhemmat suorittimet eivät tue sitä, jolloin on
	käytettävä ~~vanhempaa~~ <tt>int $0x80</tt>-käskyä. (<tt>sysenter</tt>-käskyn kanssa		käytettävä perinteistä <tt>int $0x80</tt>-käskyä. (<tt>sysenter</tt>-käskyn kanssa
	samanaikaisesti esitellyllä <tt>sysreturn</tt>-käskyllä palataan järjestelmäkutsusta.)		samanaikaisesti esitellyllä <tt>sysreturn</tt>-käskyllä palataan järjestelmäkutsusta.)

	Tavoitteena on toisaalta		Tavoitteena on toisaalta
	pitää Libc riippumattomana ~~prosessoriversiosta~~ ja myös puhtaana		pitää Libc riippumattomana suorittimen versiosta ja myös puhtaana
	koodista, joka ajon aikana tutkii mitä käskyjä ~~prosessori~~ tukee ja		koodista, joka ajon aikana tutkii mitä käskyjä suoritin tukee ja
	mitä se ei tue.		mitä se ei tue.

	Ratkaisuna tähän ongelmaan ''ydin'' tarjoaa koodin, jolla		Ratkaisuna tähän ongelmaan ''ydin'' tarjoaa koodin, jolla
	~~prosessorikohtaisesti~~ järjestelmäkutsu suoritetaan optimaalisella		järjestelmäkutsu suoritetaan suoritinkohtaisesti optimaalisella
	tavalla: joko <tt>sysenter</tt>-käskyä käyttäen, <tt>int $0x80</tt>-käskyllä,		tavalla: joko <tt>sysenter</tt>-käskyä käyttäen, <tt>int $0x80</tt>-käskyllä,
	tai tulevaisuudessa mahdollisesti jollain muulla mekanismilla. Tämä		tai tulevaisuudessa mahdollisesti jollain muulla mekanismilla. Tämä