python - 系统调用是如何调用的？

Question

所以我明白系统调用的用途和作用。几乎任何需要计算机资源的东西都会在某个时刻调用系统调用。我的问题是，例如，用户在 Python 中创建的程序如何编译并知道在哪里进行系统调用？如果我编写一个“Hello World”程序，编译器(在本例中为解释器)是否知道将 Python 中的 print() 函数与其主机操作系统中的特定系统调用相关联？在用编程语言编写用户程序并将其转换为1和0的过程中，系统调用在哪里发挥作用？谢谢。

Answer 1

how does a user-created program in Python for example compile and know where to make system calls?

您可以自己探索其中的一些内容。

给定这个 Python 程序:print("Hello")，在 UNIX 系统上，我们可以猜测最终将调用 write(2) 系统调用。让我们看看这是否属实:

gdb -q --args python -c 'print("Hello")'

(gdb) catch syscall write
Catchpoint 1 (syscall 'write' [1])

(gdb) run
Starting program: /usr/bin/python -c print\(\"Hello\"\)
[Thread debugging using libthread_db enabled]
Using host libthread_db library "/lib/x86_64-linux-gnu/libthread_db.so.1".

Catchpoint 1 (call to syscall write), 0x00007ffff6f3cdd4 in __GI___libc_write (fd=1, buf=0x555555b2f9f0, nbytes=6) at ../sysdeps/unix/sysv/linux/write.c:26
26      ../sysdeps/unix/sysv/linux/write.c: No such file or directory.

(gdb) x/s $rsi
0x555555b2f9f0: "Hello\n"

(gdb) bt
#0  0x00007ffff6f3cdd4 in __GI___libc_write (fd=1, buf=0x555555b2f9f0, nbytes=6) at ../sysdeps/unix/sysv/linux/write.c:26
#1  0x00007ffff6ecdb9d in _IO_new_file_write (f=0x7ffff720d760 <_IO_2_1_stdout_>, data=0x555555b2f9f0, n=6) at fileops.c:1183
#2  0x00007ffff6eccf3f in new_do_write (fp=0x7ffff720d760 <_IO_2_1_stdout_>, data=0x555555b2f9f0 "Hello\n", to_do=to_do@entry=6) at libioP.h:839
#3  0x00007ffff6ecece9 in _IO_new_do_write (fp=<optimized out>, data=<optimized out>, to_do=6) at fileops.c:432
#4  0x00007ffff6ece26f in _IO_new_file_xsputn (f=0x7ffff720d760 <_IO_2_1_stdout_>, data=<optimized out>, n=1) at libioP.h:839
#5  0x00007ffff6ec2c3f in __GI__IO_fputs (str=0x55555580d74d "\n", fp=0x7ffff720d760 <_IO_2_1_stdout_>) at libioP.h:839
#6  0x00005555556966ac in PyFile_WriteString ()
#7  0x000055555564c42d in PyEval_EvalFrameEx ()
#8  0x000055555564610a in PyEval_EvalCodeEx ()
#9  0x0000555555645a29 in PyEval_EvalCode ()
#10 0x0000555555676c5f in ?? ()
#11 0x00005555556a4846 in PyRun_StringFlags ()
#12 0x00005555556a567c in PyRun_SimpleStringFlags ()
#13 0x000055555562005a in Py_Main ()
#14 0x00007ffff6e7652b in __libc_start_main (main=0x55555561fb30 <main>, argc=3, argv=0x7fffffffdc78, init=<optimized out>, fini=<optimized out>, rtld_fini=<optimized out>, 
    stack_end=0x7fffffffdc68) at ../csu/libc-start.c:308
#15 0x000055555561fa4a in _start ()

从中你能推断出什么？

1. write 系统调用确实被调用，并且在 $RSI 寄存器中包含预期的字符(这恰好是系统调用的第二个参数必须用于此特定的位置)平台)。
2. 系统调用是从 __GI___libc_write 例程调用的，该例程是 libc 提供的系统调用包装。
3. Python 没有直接调用__libc_write。它称为__GI__IO_fputs(实际上是fputs的别名。
4. Python 解释器将 print 转换为对 PyFile_WriteString 的调用，并且该函数将实际工作委托(delegate)给 libc。

这一点也不罕见——事实上，大多数用户级程序并不直接执行系统调用。相反，它们调用 libc 例程，例如 write 或 fputs，并让 libc 关心如何在系统调用方面实现这些例程。

通过这样做，他们可以抽象特定机器和操作系统的详细信息；他们希望在任何机器上找到一些 libc，并且只有 libc 开发人员需要担心实际的系统调用细节。