Järjestelmäkutsu
Järjestelmäkutsu eli käyttöjärjestelmäkutsu (engl. system call, "systeemikutsu") on ohjelmoinnissa sovellusohjelmien käyttämä matalan tason mekanismi käyttöjärjestelmän ytimen tarjoamien palveluiden suorittamiseksi.
Järjestelmäkutsu ei ole suora funktiokutsu kuten sovelluksissa, vaan kutsun on ylitettävä ytimen ja käyttäjäavaruuden välinen jako.[1] Kutsutavat eroavat alustojen ja arkkitehtuurin mukaan.[1]
Käyttöjärjestelmissä voi olla satoja eri järjestelmäfunktioita.[2][3][4][5][6] Plan 9 -käyttöjärjestelmässä eri järjestelmäfunktioita on vain noin 50 kappaletta.[7] Alkuperäisessä Unix-järjestelmässä oli alle 50 järjestelmäkutsua.[8]
Tyypillisesti järjestelmäkutsut suoritetaan standardikirjaston avulla suoraan kutsumisen sijaan. Järjestelmäkutsu voi olla huomattavasti hitaampaa käyttäjäavaruuden funktiokutsuun verrattuna.[9] Kirjastot kuten glibc toteuttavat kutsujen optimointeja käyttäjäavaruudessa muun muassa vDSO-toiminnolla.[9][10]
Suorittimet kuten Motorola 68000 tukevat käyttäjämoodia (user-mode) ja kernelimoodia (supervisor-mode), kun taas eräät muut suorittimet käyttävät ohjelmasegmentin tasoa.[11]
Järjestelmäkutsun hitauteen vaikuttavia tekijöitä ovat muun muassa muistiavaruuden vaihdosta seuraavat toiminnot (TLB-tyhjennys) sekä tarve tallettaa ja palauttaa rekisterien tilat (pinon käsittely).[12]
Käyttötapaukset
Järjestelmäkutsuilla toteutetaan muun muassa seuraavia toimintoja:[13]
- prosessien ja säikeiden käsittely
- muistinhallinta[14]
- levy-IO, tiedostojärjestelmät
Toteutukset
Intel x86-arkkitehtuuripohjaisissa Linux-järjestelmissä järjestelmäkutsuja voidaan käyttää kahdella tavalla. Perinteinen tapa on käyttää ohjelmistokeskeytystä 80h (tai 0x80, desimaaleina 128), jolloin järjestelmäkutsun numero laitetaan rekisteriin eax ja funktion parametrit rekistereihin ebx - edx.[15] Uudempi ja nopeampi tapa on käyttää suorittimen SYSENTER/SYSEXIT-käskyjä, jotka välttävät keskeytyssignaalin lisäkuorman.[16][17] 64-bittisessä x86-64-arkkitehtuurissa vastaava kutsu tehdään rekistereillä rax ja rdi - r9, ja käytetään SYSCALL/SYSRET-käskyjä.[13][15][17] vDSO-toiminto ja ajonaikainen kirjasto voivat automaattisesti valita suorittimen tukeman toiminnon taaksepäin yhteensopivuuden vuoksi.[10]
MS-DOS-tyyppisissä käyttöjärjestelmissä taas käytetään keskeytystä 21h järjestelmäkutsuun.[18]
FreeBSD käyttää Unix-tyylistä kutsumistapaa ja 80h-keskeytystä, jossa oletetaan että kutsuttu funktio herättää keskeytyksen kutsuvan ohjelman sijaan ja parametrit välitetään pinossa.[19]
Windows NT on käyttänyt laitteistokeskeytystä keskeytysporttien lisäksi sekä 2e-keskeytystä järjestelmäkutsuun.[20][11]
Esimerkki
Esimerkki on laadittu assembly-konekielellä Linux-järjestelmään. Siinä pyydetään käyttöjärjestelmää suorittamaan palvelu sys_close.
mov eax, 6 ; järjestelmäkutsu sys_close(unsigned int fd), sulkee tiedostokahvanmov ebx, 1 ; tiedostokahva, 1 = stdoutint 80h ; tee järjestelmäkutsuVastaava esimerkki uudemmalla menettelyllä:
mov $6, %rax ; järjestelmäkutsun numeromov $1, %rdi ; parametrisyscall ; tee järjestelmäkutsuMyös ylemmän tason kielillä voi tehdä järjestelmäkutsuja suoraan:
#include <linux/unistd.h>#include <sys/syscall.h>int main(){ long pid = syscall(SYS_getpid); printf("Prosessinumero on %lx\n", pid); return 0;}Lähteet
Kirjallisuutta
- Stevens, W. Richard: Advanced Programming in the UNIX Environment. Addison-Wesley, 1993. ISBN 0201563177.
Aiheesta muualla
- Linuxin järjestelmäkutsut - Linuxin kernel 2.2:n järjestelmäkutsujen luettelo[vanhentunut linkki]
- Linuxin järjestelmäkutsut ytimen versiolle 4.7
- How System Calls Work on Linux/i86 (englanniksi)
- Unix assembly language programming