Марк Митчелл - Программирование для Linux. Профессиональный подход

5467 pts/28 S 0:00 ./lock-file /tmp/test-file

Заблокированный файл /tmp/test-fileнаходится на устройстве со старшим и младшим номерами 8 и 5 соответственно. Это номера устройства /dev/sda5:

% df /trap

Filesystem 1k-blocks Used Available Use% Mounted on

/dev/sda5 8459764 5094292 2935736 63% /

% ls -l /dev/sda5

brw-rw---- 1 root disk 8, 5 May 5 1998 /dev/sda5

На этом устройстве с файлом /tmp/test-fileсвязав индексный дескриптор 181288:

% ls --inode /trap/test-file

181288 /tmp/test-file

Два элемента файловой системы /procсодержат полезную статистическую информацию. В файле /proc/loadavgнаходятся данные о загруженности системы. Первые три показателя — это число активных задач (выполняющихся процессов) за последние 1, 5 и 15 минут. Следующая строка отображает число выполняемых задач (процессов, запланированных к выполнению, а не заблокированных в каком-нибудь системном вызове) в данный момент времени и общее число процессов в системе. Последняя строка содержит идентификатор самого недавнего процесса.

В файле /proc/uptimeотражено, сколько времени прошло с момента загрузки системы и сколько времени с тех пор система пребывала в неактивном состоянии. Оба показателя выражены в секундах и представлены числами с плавающей запятой:

% cat /proc/uptime

3248936.18 3072330.49

Программа, показанная в листинге 7 7. определяет общее время работы и время простоя системы и отображает эти значения в понятном формате.

#include

/* Запись результата в стандартный выходной поток.

Параметр TIME это количество времени, а параметр LABEL --

короткая описательная строка. */

void print_time(char* label, long time) {

/* Константы преобразования. */

const long minute = 60;

const long hour = minute * 60;

const long day = hour * 24; /* Вывод результата. */

printf("%s: %ld days, %ld:%02ld:%02ld\n", label, time / day,

(time % day) / hour, (time % hour) / minute, time % minute);

}

int main() {

FILE* fp;

double uptime, idle_time;

/* Чтение показателей времени из файла /proc/uptime. */

fp = fopen("/proc/uptime", "r");

fscanf(fp, "%lf %lf\n", &uptime, &idle_time);

fclose(fp);

/* Форматирование и вывод. */

print_time("uptime ", (long)uptime);

print_time("idle time", (long)idle_time);

return 0;

}

Общее время работы системы отображают также команда uptimeи функция sysinfo()(описана в разделе 8.14, "Функция sysinfo(): получение системной статистики"). Команда uptimeдополнительно выдает показатели средней загруженности, извлекаемые из файла /proc/loadavg.

Мы уже познакомились с большим количеством функций, реализующих различные системные задачи, например анализ командной строки, манипулирование процессами и отображение файлов в памяти. Если присмотреться повнимательнее, то окажется, что все они подпадают под две категории в зависимости от способа реализации.

■ Библиотечная функция — это обычная функция, которая находится во внешней библиотеке, подключаемой к программе. Большинство рассмотренных нами функций содержится в стандартной библиотеке языка С, libc. Вызов библиотечной функции реализуется традиционно: ее аргументы помещаются в регистры процессора или в стек и управление передается в начало кода функции (этот код находится в библиотеке, загруженной в память).

■ Системный вызов реализован в ядре Linux. Аргументы вызова упаковываются и передаются ядру, которое берет на себя управление программой, пока вызов не завершится. Системный вызов — это не обычная функция, и для передачи управления ядру требуется специальная подпрограмма. В GNU-библнотеке языка С (реализация стандартной библиотеки, имеющаяся в Linux) для системных вызовов созданы функции-оболочки, упрощающие обращение к ним. В качестве примеров системных вызовов можно привести низкоуровневые функции ввода-вывода, такие как open()и read().

Совокупность системных вызовов Linux формирует основной интерфейс между программами и ядром. Каждому вызову соответствует некая элементарная операция или функция.

Некоторые системные вызовы оказывают очень большое влияние на систему. Например. есть вызовы, позволяющие завершить работу Linux, выделить системные ресурсы или запретить другим пользователям доступ к ресурсам. С такими вызовами связано ограничение: только процессы, выполняющиеся с привилегиями суперпользователя (учетная запись root), имеют право обращаться к ним. В противном случае вызовы завершатся ошибкой.

Внутри себя библиотечная функция может обращаться к другим функциям или системным вызовам.

В настоящее время в Linux есть около 200 системных вызовов. Их список находится в файле /usr/include/asm/unistd.h. Некоторые из них используются только внутри системы, а некоторые предназначены лишь для реализации специализированных библиотечных функций. В этой главе будут рассмотрены те системные вызовы, которые чаще всего используются системными программистами.

Прежде чем изучать системные вызовы, полезно познакомиться с командой strace, которая отслеживает выполнение заданной программы, выводя список всех запрашиваемых системных вызовов и получаемых сигналов. Эта команда ставится в начале строки вызова программы, например: [26] Команда hostname , вызванная без флагов, отображает имя компьютера.

% strace hostname

В результате будет получено несколько экранов выходной информации. Каждая строка соответствует одному системному вызову. В строке указываются имя вызова, его аргументы (или их сокращенные обозначения, если аргументы слишком длинные) и возвращаемое значение. По возможности команда straceстарается отображать не числовые значения, а символические константы. Показываются также поля структур, переданных по указателю. Вызовы обычных функций не регистрируются.

В случае команды strace hostnameпервая строка сообщает о системном вызове execve(), загружающем программу hostname: [27] В Linux семейство функции exec() реализовано на основе системного вызова execve() .

execve("/bin/hostname", ["hostname"], [/* 49 vars */]) = 0

Первый аргумент — это имя запускаемой программы. За ним идет список аргументов, состоящий из одного элемента. Дальше указан список переменных среды, который команда straceопустила для краткости.

Следующие примерно 30 строк отражают работу механизма загрузки стандартной библиотеки языка С из библиотечного файла. Ближе к концу наконец встречаются системные вызовы, связанные непосредственно с работой программы. Системный вызов uname()запрашивает имя компьютера у ядра: