攻克Linux系统编程，细说系统调用规范，入行要先熟悉套路

最后总结下系统调用的执行过程。进程从用户模式转入核心模式，开始执行内核中实现特定功能的代码段，执行完成后再切回用户模式，并把执行结果返回给调用进程。在 Linux 2.4 版本之前，主要利用中断方式实现核心模式的切换;Linux 2.6 及以后版本的内核中，可以利用更高效的 SYSENTER 指令实现。

1.4 系统调用的标准使用方法

前面提到，本课程所说的系统调用，默认是指 glibc 中的包装函数。这些函数会在执行系统调用前设置寄存器的状态，并仔细检查输入参数的有效性。系统调用执行完成后，会从 EAX 寄存器中获取内核代码执行结果。

内核执行系统调用时，一旦发生错误，便将 EAX 设置为一个负整数，包装函数随之将这个负数去掉符号后，放置到一个全局的 errno 中，并返回 −1。若没有发生错误，EAX 将被设置为 0，包装函数获取该值后，并返回 0，表示执行成功，此时无需再设置 errno。

综上，系统调用的标准使用方法可总结为：根据包装函数返回值的正负，确定系统调用是否成功。如果不成功，进一步通过 errno 确定出错原因，根据不同的出错原因，执行不同的操作;如果成功，则继续执行后续的逻辑。代码示例如下：

int ret = syscallx(...); 
if(ret < 0) 
{ 
 //有错误了，通过 errno 确定出错的原因，执行不同的操作 
} 
else 
{ 
 //调用成功，继续干活 
} 

大多数系统调用都遵循这一过程，errno 是一个整数，可以用 perror 或 strerror 获得对应的文字描述信息。

不过，也有几个特殊的系统调用，和上述使用方法存在些许差异。比如，其中有个函数会在调用之前将 errno 重置为 0，调用后，通过检查 errno 判断执行是否成功。此类函数只有非常少数的几个，使用之前，看看帮助页，就知道如何使用了。

系统调用的使用规范就介绍到这里。此时，你可能有个疑问，每个系统调用失败后都会设置 errno，如果在多线程程序中，不同线程中的系统调用设置的 errno 会不会互相干扰呢?

如果 errno 是一个全局变量，答案是肯定的。如果真是这样的话，那系统调用的局限性也就太大了，总不能在每个系统调用之前都加锁保护吧。优秀的 Linux 肯定不会这么弱，那么，这个 errno 的问题又是怎么解决的呢?

1.5 errno 的多线程问题

根据 man 手册，要使用 errno，首先需要包含 errno.h 这个头文件。我们先看看 errno.h 里面有什么东西。

vim /usr/include/errno.h 

执行以上代码，会发现该文件中有这样几行关键内容：

#include <bits/errno.h> 
....... 
#ifndef errno 
extern int errno; 
#endif 

根据官方提供的代码注释，bits/errno.h 中应该有一个 errno 的宏定义。如果没有，则会在外部变量中寻找一个名为 errno 的整数，它自然也就成了全局整数。否则，这个 errno 只是一个 per-thread 变量，每个线程都会拷贝一份。

关于 per-thread 变量更详细的信息，我们会在后面的课程中介绍。现在，你只需知道，这个 errno，每个线程都会独立拷贝一份，所以在多线程程序中使用它是不会相互影响的。

1.5.1 实现原理

具体是怎么做到的呢?我们可以再打开 bits/errno.h 看一眼。

<bits/errno.h> 
# ifndef __ASSEMBLER__ 
extern int *__errno_location (void) __THROW __attribute__ ((__const__)); 
# if !defined _LIBC || defined _LIBC_REENTRANT 
# define errno (*__errno_location ()) 
# endif 
# endif  

原来，当 libc 被定义为可重入时，errno 就会被定义成一个宏，该宏调用外部 __errno_location 函数返回的内存地址中所存储的值。在 GCC 源码中，我们还发现一个测试用例中定义了 __errno_location 函数的 Stub，是这样写的：

extern __thread int __libc_errno __attribute__ ((tls_model ("initial-exec"))); 
int * __errno_location (void) 
{ 
 return &__libc_errno; 
} 

这一简单的测试用例充分展现了 errno 的实现原理。errno 被定义为 per-thread(用 __thread 标识的线程局部存储类型)变量 __libc_errno，之后 __errno_location 函数返回了这个线程局部变量的地址。所以，在每个线程中获取和设置 errno 的时候，操作的是本线程内的一个变量，不会与其他线程相互干扰。

至于 __thread 这个关键字，需要在很“严苛”的条件下才能生效——需要 Linux 2.6 以上内核、pthreads 库、GCC 3.3 或更高版本的支持。不过，放到今天，这些条件已成为标配，也就不算什么了。

1.5.2 注意事项

上面只是解释了在多线程中使用系统调用时，errno 不会发生冲突问题，但并不是说所有的系统调用都可以放心大胆地在多线程程序中使用。

有一些系统调用，标准中并没有规定它们的实现必须是多线程安全的(或者说可重入的，后面的课程中再详细解释)。由于历史原因和实现原理上的限制，有些函数的实现并不是线程安全的，比如 system()。某些 glibc 函数也是一样，比如 strerror 函数，其内部使用一块静态存储区存放 errno 描述性信息，最近的一次调用会覆盖上一次调用的内容。

（编辑：源码门户网）

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