Майкл Джонсон - Разработка приложений в среде Linux. Второе издание

При разработку программы написанный код работает в режиме пользователя(user mode). Драйверы устройств и файловые системы, наоборот, работают в режиме ядра(kernel mode). В пользовательском режиме программы тщательно защищены от повреждений, вызванных их взаимодействием друг с другом или остальной частью системы. Код, работающий в режиме ядра, имеет полный доступ к компьютеру и может делать или же разрушать все, что угодно.

Драйвер, который разработан для управления и контроля аппаратного устройства, должен иметь полный доступ к нему. Устройство нужно защитить от случайных программ, чтобы они не смогли нарушить свою работу или работу друг друга, повредив само устройство. Память, с которой работает устройство, также защищена от случайных программ. Весь код, работающий в режиме ядра, существует исключительно для обслуживания кода, который работает в режиме пользователя. Системный вызов— это то, посредством чего код приложения, выполняющегося в пользовательском режиме, запрашивает службу, предоставляемую кодом, который выполняется в режиме ядра.

Возьмем, к примеру, процесс выделения памяти. Пользовательский процесс запрашивает память у защищенного кода, выполняющегося в режиме ядра, который и производит выделение физической памяти для процесса. В качестве следующего примера возьмем файловые системы, которые нуждаются в защите для поддержания целостности данных на диске (или в сети), но вашим повседневным, обычным процессам требуется считывать файлы из файловой системы.

Неприятные детали вызова через барьер пространств пользователь/ядро часто скрыты в библиотеке С. Процесс вызова через этот барьер не использует обычные вызовы функций; он использует неуклюжий интерфейс, оптимизированный по скорости и обладающий существенными ограничениями. Библиотека С скрывает большинство интерфейсов от глаз пользователя, предлагая взамен обычные функции С, которые являются оболочками для системных вызовов. Применение этих функций станет понятнее, если получить некоторое представление о том, что происходит внутри них.

Режим ядра защищен от влияния режима пользователя. Одна из таких защит состоит в том, что тип данных, передаваемых между режимами ядра и пользователя, ограничен, легко верифицируется и следует строгим соглашениям.

• Длина каждого аргумента, передаваемого из режима пользователя в режим ядра, практически всегда соответствует размеру слов, используемых машиной для представления указателей. Этого размера достаточно как для передачи указателей, так и длинных целых. Переменные типа charи shortперед передачей расширяются до большего типа.

• Тип возвращаемого значения ограничен размером слова со знаком. Первые несколько сотен небольших отрицательных целых чисел зарезервированы в качестве кодов ошибок, и в пределах системных вызовов имеют одинаковое значение. Это значит, что системные вызовы, возвращающие указатель, не могут вернуть некоторые указатели, соответствующие адресам в верхней области доступной виртуальной памяти. К счастью, эти адреса находятся в зарезервированном пространстве и в любом случае никогда не возвращаются, потому возвращаемые слова со знаком могут быть без проблем преобразованы в указатели.

В отличие от соглашений С о вызовах, в котором структуры С могут передаваться по значению в стеке, нельзя передавать структуры по значению из пользовательского режима в режим ядра; точно также ядро не может вернуть структуру в пользовательский режим. Большие элементы данных можно передавать только по ссылке. Передавайте указатели на структуры, как всегда поступаете, когда их необходимо модифицировать.

Коды возврата, зарезервированные для всех системных вызовов — это универсальные коды возврата ошибок, представленные небольшими отрицательными числами. Библиотека С проверяет наличие ошибок каждый раз, когда происходит системный вызов. При возникновении ошибки библиотека помещает значение ошибки в глобальную переменную errno [15] Для многопоточных приложений библиотека хранит код ошибки там, где функция errno() , которой известно, какой поток является текущим, может получить ее. Разные потоки могут содержать разные текущие коды возврата ошибок. . В большинстве случаев все, что вам необходимо при проверке ошибки — посмотреть, отрицательный ли код возврата. Коды ошибок определены в , и errnoможно сравнить с любым номером ошибки из этого файла, после чего обработать ее специальным образом.