C를 사용한 Linux 시스템 호출 자습서

이 기사에서는 실제 시스템 호출을 사용하여 C 프로그램에서 실제 작업을 수행할 것입니다. 먼저 시스템 호출을 사용해야 하는지 검토한 다음 파일 복사 성능을 크게 향상시킬 수 있는 sendfile() 호출을 사용하는 예제를 제공합니다. 마지막으로 Linux 시스템 호출을 사용할 때 기억해야 할 몇 가지 사항을 살펴보겠습니다.

C 개발 경력의 어느 시점에서 시스템 호출을 사용하는 것은 불가피하지만 고성능 또는 특정 유형 기능을 목표로 하지 않는 한 주요 Linux 배포판에 포함된 glibc 라이브러리 및 기타 기본 라이브러리가 대부분의 작업을 처리합니다. 너의 요구.

glibc 표준 라이브러리는 시스템별 시스템 호출이 필요한 기능을 실행하기 위해 플랫폼 간, 잘 테스트된 프레임워크를 제공합니다. 예를 들어 fscanf(), fread(), getc() 등으로 파일을 읽거나 read() Linux 시스템 호출을 사용할 수 있습니다. glibc 함수는 더 많은 기능(예: 더 나은 오류 처리, 형식화된 IO 등)을 제공하며 모든 시스템 glibc 지원에서 작동합니다.

반면에 타협하지 않는 성능과 정확한 실행이 중요한 경우가 있습니다. fread()가 제공하는 래퍼는 오버헤드를 추가할 것이며, 비록 사소하지만 완전히 투명하지는 않습니다. 또한 래퍼가 제공하는 추가 기능을 원하지 않거나 필요하지 않을 수 있습니다. 이 경우 시스템 호출을 받는 것이 가장 좋습니다.

시스템 호출을 사용하여 glibc에서 아직 지원하지 않는 기능을 수행할 수도 있습니다. glibc가 최신 버전이라면 문제가 되지 않지만 최신 커널을 사용하여 이전 배포판에서 개발하려면 이 기술이 필요할 수 있습니다.

면책 조항, 경고 및 잠재적 우회를 읽었으므로 이제 몇 가지 실용적인 예를 살펴보겠습니다.

우리는 어떤 CPU를 사용하고 있습니까?

대부분의 프로그램에서 아마도 묻고 싶지 않은 질문이지만 그럼에도 불구하고 유효한 질문입니다. 이것은 glibc로 복제할 수 없고 glibc 래퍼로 다루지 않는 시스템 호출의 예입니다. 이 코드에서는 syscall() 함수를 통해 직접 getcpu() 호출을 호출합니다. syscall 함수는 다음과 같이 작동합니다.

첫 번째 인수인 SYS_call은 시스템 호출 번호를 나타내는 정의입니다. sys/syscall.h를 포함하면 포함됩니다. 첫 번째 부분은 SYS_이고 두 번째 부분은 시스템 호출의 이름입니다.

호출에 대한 인수는 위의 arg1, arg2로 이동합니다. 일부 호출에는 더 많은 인수가 필요하며 맨 페이지에서 순서대로 계속됩니다. 대부분의 인수, 특히 반환의 경우 malloc 함수를 통해 할당된 char 배열 또는 메모리에 대한 포인터가 필요합니다.

예1.c

더 흥미로운 결과를 얻으려면 pthreads 라이브러리를 통해 스레드를 회전한 다음 이 함수를 호출하여 스레드가 실행 중인 프로세서를 확인할 수 있습니다.

Sendfile: 우수한 성능

Sendfile은 시스템 호출을 통해 성능을 향상시키는 훌륭한 예를 제공합니다. sendfile() 함수는 한 파일 디스크립터에서 다른 파일 디스크립터로 데이터를 복사합니다. 여러 fread() 및 fwrite() 함수를 사용하는 대신 sendfile은 커널 공간에서 전송을 수행하여 오버헤드를 줄이고 성능을 향상시킵니다.

이 예에서는 한 파일에서 다른 파일로 64MB의 데이터를 복사합니다. 한 테스트에서는 표준 라이브러리의 표준 읽기/쓰기 방법을 사용할 것입니다. 다른 하나에서는 시스템 호출과 sendfile() 호출을 사용하여 이 데이터를 한 위치에서 다른 위치로 전송합니다.

test1.c(glibc)

test2.c(시스템 호출)

테스트 1 및 2 컴파일 및 실행

이러한 예제를 빌드하려면 배포에 설치된 개발 도구가 필요합니다. Debian 및 Ubuntu에서는 다음을 사용하여 설치할 수 있습니다.

그런 다음 다음을 사용하여 컴파일합니다.

둘 다 실행하고 성능을 테스트하려면 다음을 실행하십시오.

다음과 같은 결과를 얻어야 합니다.

기존 glibc 기능을 사용한 I/O 테스트.

보시다시피, 시스템 호출을 사용하는 코드는 동등한 glibc보다 훨씬 빠르게 실행됩니다.

기억해야 할 사항

시스템 호출은 성능을 높이고 추가 기능을 제공할 수 있지만 단점이 없는 것은 아닙니다. 시스템 호출이 제공하는 이점을 플랫폼 이식성의 부족과 라이브러리 기능과 비교하여 때때로 감소된 기능과 비교해야 합니다.

일부 시스템 호출을 사용할 때 라이브러리 함수가 아닌 시스템 호출에서 반환된 리소스를 사용하도록 주의해야 합니다. 예를 들어, glibc의 fopen(), fread(), fwrite() 및 fclose() 함수에 사용되는 FILE 구조는 open() 시스템 호출(정수로 반환됨)의 파일 설명자 번호와 동일하지 않습니다. 이들을 혼합하면 문제가 발생할 수 있습니다.

일반적으로 Linux 시스템 호출은 glibc 함수보다 범퍼 레인이 적습니다. 시스템 호출에 약간의 오류 처리 및 보고 기능이 있는 것은 사실이지만 glibc 함수에서 더 자세한 기능을 얻을 수 있습니다.

그리고 마지막으로 보안에 관한 한 마디. 시스템 호출은 커널과 직접 인터페이스합니다. Linux 커널에는 사용자 영역의 속임수에 대한 광범위한 보호 기능이 있지만 발견되지 않은 버그가 있습니다. 시스템 호출이 입력의 유효성을 검사하거나 보안 문제로부터 격리할 것이라고 믿지 마십시오. 시스템 호출에 전달한 데이터가 삭제되었는지 확인하는 것이 좋습니다. 당연히 이것은 모든 API 호출에 대한 좋은 조언이지만 커널로 작업할 때는 주의할 수 없습니다.

Linux 시스템 호출의 영역에 대해 자세히 알아보기를 바랍니다. Linux 시스템 호출의 전체 목록은 마스터 목록을 참조하세요.