Introduction aux appels système

Introduction aux appels système

Ces appels sont généralement disponibles sous forme de fonctions écrites en C et C++, bien que certaines tâches de bas niveau (par exemple, les tâches où le matériel doit être accessible directement) puissent être écrites à l'aide d'instructions en langage assembleur.

API et appels système

En règle générale, les développeurs d'applications conçoivent des programmes selon une interface de programmation d'application (API). L'API spécifie un ensemble de fonctions disponibles pour un programmeur d'application, y compris les paramètres transmis à chaque fonction et les valeurs de retour auxquelles le programmeur peut s'attendre.

Un programmeur accède à une API via une bibliothèque de code fournie par le système d'exploitation. Dans le cas d'UNIX et de Linux pour les programmes écrits en langage C, la bibliothèque s'appelle libc.

Relation entre API et appels système

Dans les coulisses, les fonctions qui composent une API invoquent généralement les appels système réels au nom du programmeur d'application. Par exemple :

• La fonction Windows CreateProcess() (utilisée pour créer un nouveau processus) invoque en fait l'appel système NTCreateProcess() dans le noyau Windows.
• La fonction POSIX fork() invoque l'appel système correspondant dans le noyau Linux/UNIX.

Programme applicatif
       │
       ▼
    [ API ]  ← Interface de programmation (ex: CreateProcess, fork)
       │
       ▼
    [ Bibliothèque ]  ← Libc, bibliothèques systèmes
       │
       ▼
    [ Interface d'appel système ]  ← Gère les numéros d'appels
       │
       ▼
    [ Noyau ]  ← Exécute l'appel système réel
        

L'environnement d'exécution (RTE)

Le RTE fournit une interface d'appel système qui sert de lien vers les appels système mis à disposition par le système d'exploitation. L'interface d'appel système intercepte les appels de fonction dans l'API et invoque les appels système nécessaires dans le système d'exploitation.

Numéros d'appels système

Typiquement, un numéro est associé à chaque appel système, et l'interface d'appel système maintient une table indexée selon ces numéros. L'interface d'appel système invoque ensuite l'appel système prévu dans le noyau du système d'exploitation et renvoie l'état de l'appel système.

; Les appels système sont identifiés par des numéros
; /usr/include/asm/unistd_64.h

#define __NR_read 0      ; Numéro pour read
#define __NR_write 1     ; Numéro pour write
#define __NR_open 2      ; Numéro pour open
#define __NR_close 3     ; Numéro pour close
#define __NR_fork 57     ; Numéro pour fork
#define __NR_execve 59   ; Numéro pour execve
#define __NR_exit 60     ; Numéro pour exit
#define __NR_getpid 39   ; Numéro pour getpid

Passage des paramètres aux appels système

Les appels système se produisent de différentes manières, selon l'ordinateur utilisé. Souvent, plus d'informations sont nécessaires que simplement l'identité de l'appel système souhaité.

Les trois méthodes principales

Cas particulier de Linux

Exemple concret sous Linux x86-64

// En C, l'appel système write
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

; En assembleur x86-64, les paramètres sont passés dans des registres
; rax = numéro de l'appel système (1 pour write)
; rdi = premier paramètre (fd - descripteur de fichier)
; rsi = deuxième paramètre (buf - pointeur vers le tampon)
; rdx = troisième paramètre (count - nombre d'octets)

mov rax, 1      ; numéro de l'appel système write
mov rdi, 1      ; fd = 1 (stdout)
mov rsi, msg    ; buf = adresse du message
mov rdx, 14     ; count = 14 octets
syscall         ; déclenche l'appel système

Processus complet d'un appel système

Les six catégories d'appels système

Les appels système peuvent être regroupés en six catégories principales :

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    printf("Bonjour, monde!\n");
    
    int pid = getpid();
    printf("Mon PID est %d\n", pid);
    
    FILE* f = fopen("test.txt", "w");
    if (f) {
        fprintf(f, "Test d'écriture\n");
        fclose(f);
    }
    
    return 0;
}