传统的系统调用是怎样的? —— int 0x80的时代
.... ;通过寄存器传参
mov $n ,eax ;将系统调用号放到eax中
int 0x80
sysenter/sysexit的出场
在一个Kernel.org的邮件列表中,有一封邮件讨论了“"Intel P6 vs P7 system call performance”,最后得出的结论是采用传统的int 0x80的系统调用浪费了很多时间(具体原因可以看参考资料1),而sysenter/sysexit可以弥补这个缺点,所以决定在linux内核中用后都替换前者(最终在2.6版本的内核中才加入了此功能,即采用sysenter/sysexit)。
在替换之前首先需要知道满足如下条件的ntel机器才会有sysenter/sysexit指令对:Family >= 6,Model >= 3,Stepping >= 3
如何用替换sysenter/sysexit替换以前的int 0x80呢?linux kenerl 需要考虑到这点:有的机器并不支持sysenter/sysexit , 于是它跟glibc说好了,“你以后调用系统调用的时候就从我给你的这个地址调用,这个地址指向的内容要么是int 0x80调用方式,要么是sysenter/sysexit调用方式,我会根据机器来选择其中一个”(kernel与glibc的配合是如此的默契),这个地址便是vsyscall的首地址。
可以将vdso看成一个shared objdect file(这个文件实际上不存在),内核将其映射到某个地址空间,被所有程序所共享。(我觉得这里用到了一个技术:多个虚拟页面映射到同一个物理页面。即内核把vdso映射到某个物理页面上,然后所有程序都会有一个页表项指向它,以此来共享,这样每个程序的vdso地址就可以不相同了)
hex108@ubuntu:~/program$ uname -a
Linux ubuntu 2.6.35-22-generic #33-Ubuntu SMP Sun Sep 19 20:34:50 UTC 2010 i686 GNU/Linux
hex108@ubuntu:~/program$ sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=0 //这个是必须的,否则vdso的地址是随机的(vsyscall的地址也会相应
// 地发生变化 ),在下面dd的时候就会出现错误
//dd: reading `/proc/self/mem': Input/output error
kernel.randomize_va_space = 0
hex108@ubuntu:~/program$ cat /proc/self/maps
00110000-0012c000 r-xp 00000000 08:01 260639 /lib/ld-2.12.1.so
0012c000-0012d000 r--p 0001b000 08:01 260639 /lib/ld-2.12.1.so
0012d000-0012e000 rw-p 0001c000 08:01 260639 /lib/ld-2.12.1.so
0012e000-0012f000 r-xp 00000000 00:00 0 [vdso]
0012f000-00286000 r-xp 00000000 08:01 260663 /lib/libc-2.12.1.so
00286000-00287000 ---p 00157000 08:01 260663 /lib/libc-2.12.1.so
00287000-00289000 r--p 00157000 08:01 260663 /lib/libc-2.12.1.so
00289000-0028a000 rw-p 00159000 08:01 260663 /lib/libc-2.12.1.so
0028a000-0028d000 rw-p 00000000 00:00 0
08048000-08051000 r-xp 00000000 08:01 130326 /bin/cat
08051000-08052000 r--p 00008000 08:01 130326 /bin/cat
08052000-08053000 rw-p 00009000 08:01 130326 /bin/cat
08053000-08074000 rw-p 00000000 00:00 0 [heap]
b7df0000-b7ff0000 r--p 00000000 08:01 660864 /usr/lib/locale/locale-archive
b7ff0000-b7ff1000 rw-p 00000000 00:00 0
b7ffd000-b7ffe000 r--p 002a1000 08:01 660864 /usr/lib/locale/locale-archive
b7ffe000-b8000000 rw-p 00000000 00:00 0
bffdf000-c0000000 rw-p 00000000 00:00 0 [stack]
hex108@ubuntu:~/program$ dd if=/proc/self/mem of=gate.so bs=4096 skip=$[0x12e] count=1
dd: `/proc/self/mem': cannot skip to specified offset
1+0 records in
1+0 records out
4096 bytes (4.1 kB) copied, 0.00176447 s, 2.3 MB/s
hex108@ubuntu:~/program$ file gate.so
gate.so: ELF 32-bit LSB shared object, Intel 80386, version 1 (SYSV), dynamically linked, stripped
hex108@ubuntu:~/program$ objdump -d gate.so
gate.so: file format elf32-i386
Disassembly of section .text:
ffffe400 <__kernel_sigreturn>:
ffffe400: 58 pop %eax
ffffe401: b8 77 00 00 00 mov $0x77,%eax
ffffe406: cd 80 int $0x80
ffffe408: 90 nop
ffffe409: 8d 76 00 lea 0x0(%esi),%esi
ffffe40c <__kernel_rt_sigreturn>:
ffffe40c: b8 ad 00 00 00 mov $0xad,%eax
ffffe411: cd 80 int $0x80
ffffe413: 90 nop
ffffe414 <__kernel_vsyscall>:
ffffe414: cd 80 int $0x80
ffffe416: c3 ret
syscall 才是最后的赢家?
x86 64位从AMD引进了syscall指令(我在x86 64的机器上,看到的结果是syscall取代了sysenter/sysexit(所有的系统调用用的都是syscall)),但是vdso,vsyscall的机制依旧未变,只是kernel决定只在遇到以下几个系统调用gettimeofday,time和getcpu(通过内核里vsyscall.h中enum vsyscall_num的声明看出来,或者在glibc源代码中搜索“VSYSCALL_ADDR_”(
#define VSYSCALL_ADDR_vgettimeofday 0xffffffffff600000
#define VSYSCALL_ADDR_vtime 0xffffffffff600400
#define VSYSCALL_ADDR_vgetcpu 0xffffffffff600800
))时才采用vdso机制(间接调用syscall,具体可以参看资料2),其他系统调用直接用指令syscall,原因是:
"快速系统调用指令"比起中断指令来说,其消耗时间必然会少一些,但是随着 CPU 设计的发展,将来应该不会再出现类似 Intel Pentium4 这样悬殊的差距。而"快速系统调用指令"比起中断方式的系统调用方式,还存在一定局限,例如无法在一个系统调用处理过程中再通过"快速系统调用指令"调用别的系统调用。因此,并不一定每个系统调用都需要通过"快速系统调用指令"来实现。比如,对于复杂的系统调用例如 fork,两种系统调用方式的时间差和系统调用本身运行消耗的时间来比,可以忽略不计,此处采取"快速系统调用指令"方式没有什么必要。而真正应该使用"快速系统调用指令"方式的,是那些本身运行时间很短,对时间精确性要求高的系统调用,例如 getuid、gettimeofday 等等。因此,采取灵活的手段,针对不同的系统调用采取不同的方式,才能得到最优化的性能和实现最完美的功能。 ----引自参考资料1
ps:文中的内核版本为2.6.36,glibc版本为2.11
参考资料:
1. Linux 2.6 对新型 CPU 快速系统调用的支持: http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/kernel/l-k26ncpu/index.html (这篇我觉得最好)
2. System Calls : http://www.win.tue.nl/~aeb/linux/lk/lk-4.html(里面有程序可以用来搜索vsyscall等的地址,很直接)
3. What is linux-gate.so.1 : http://www.trilithium.com/johan/2005/08/linux-gate/
4. Intel手册,里面有各种资料,手册还是很重要的,也是最基本的
posted on 2010-11-22 21:19
hex108 阅读(12285)
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