- kernelové system call rozhraní
- systémové knihovny / APIs
- inter-process protocols
- command-line utilities (scripting)
- “nejnižší programovací jazyk” (až na assembly)
- může být bráno jako portable assembly
- C funkce a datové struktury se volají velmi jednoduše
- velké množství (většina) kernelů jsou v C
- i systémové knihovny často v C
- někdy je skoro celý OS v C
- OS, které nejsou v C, poskytují C APIs
- převážně C funkce a datové typy
- rozhraní jsou definované v header files
- definice jsou v libraries (knihovnách)
- statické knihovny (archives):
libc.a
- shared (dynamic) libraries:
libc.so
- ve Windows:
msvcrt.lib a msvcrt.dll
- a mnohé další knihovny
int sum( int a, int b );
int sum( int a, int b )
{
return a + b;
}
/usr/lib on most UNIX
- mohou zde být i aplikační knihovny
- také
/usr/local/lib pro uživatelské/aplikační knihovny
- na Windows
C:\Windows\System32
- uživatelské knihovny jsou bundled s programy
- uchované v
libfile.a nebo file.lib
- potřebné pouze při a pro kompilaci (linking) programu
- kód je zkopírován do executable
- výsledná executable je taky nazývaná static
- je jednodušší pro práci s OS
- but also more wasteful
- potřebné k běhu programu
- linking je až při spuštění execution time
- less code duplication
- mohou být aktualizované samostatně
- dependency problem (DLL hell)
- na UNIXu:
/usr/include
- obsahuje prototypes C funkcí
- a definice C datových struktur
- potřebné ke kompilaci C a C++ programů
libc - the C runtime library- obsahuje ISO C funkce
- a také POSIX funkce
open, read, gethostbyname, …- C wrappers for system calls
- systémové volání jsou prováděny na strojové úrovni (machine level)
- které systémové volání bude použito určuje dané číslo systémového volání
- př.
SYS_write je 4 na OpenBSD
- tyto čísla jsou definované v
sys/syscall.h
- čísla se liší na každém OS
- existuje c funkce
syscall
- prototype: **
int syscall( int number, ... )
- implementuje low-level syscall sequence
- bere syscall number a syscall parametry
- něco jako
printf - první parametr, rozhoduje, jaké budou další parametry
- přímé používaní
syscall() je nepříjemné
libc má funkci pro každý system call
SYS_write –> int write( int, char *, size_t )SYS_open –> int open( char *, int )- …
- mohou používat vnitřně
syscall()
- knihovny nabízí abstraction layer nad vnitřním fungováním OS
- umožňují application portability
- společně se standardizovaným filesystem locations
- a uživatelskými nástroji
- vysoko-úrovňové programovací jazyky závisí na systémových knihovnách
- NeXT OS je postavěný na Objective-C
- systémové knihovny mají ObjC APIs
- v API ohledu, ObjC je velmi rozdílné od C
- velmi rozdílné od C++
- tradiční OOP vlastnosti (jako Smalltalk)
- toto bylo částečně použito do macOS
- Objective C evolved into Swift
- matematická knihovna:
libm (funkce sin, exp)
- knihovna na práci v vlákny:
libpthread
- práce s terminálem:
libcurses
- kryptografie:
libcrypto (OpenSSL)
- C++ standardní knihovna:
libstdc++ nebo libc++
msvcrt.dll - ISO C funkcekernel32.dll - základní OS APIgdi32.dll - rozhraní pro grafické zařízeníuser32.dll - standardní GUI
- manual pages on UNIX
- sekce 2: systémové volání
- sekce 3: knihovní funkce
- MSDN pro windows
- mnoho POSIX systémy mají C compiler defaultně
- kompilátor bere zdrojový kód C souboru jako vstup
- a produkuje object file jako výstup
- binární kód se strojovým kódem
- nemůže být přímo vykonán
- obsahuje native machine (executable) code
- včetně statických dat (string literals)
- pravděpodobně rozdělen na sekce
- a metadata (list symbolů (název funkcí) a jejich adresy)
a.out - první UNIX object file formát- COFF - Common Object File Format
- přidává podporu sekcí oproti
a.out
- PE - Portable Executable (MS Windows)
- Mach-O - Mach Microkernel Executable (macOS)
- ELF - Executable and Linkable Format (all modern UNIX)
- statické knihovny v UNIXu se nazývají archives (
.a přípona)
- jsou jako zip soubory plné object files
- plus tabulka symbolů (název funkcí)
- (Linked editor)
- object files are incomplete
- mohou odkazovat na symboly, které nedefinují (jiné object files nebo knihovny)
- linker kombinuje více object files do sebe
- vytváří single executable
- nebo shared library
- používáme symbolické názvy na volání funkcí, ale instrukce
call potřebuje adresu
- executable bude v budoucnu v paměti
- data i instrukce potřebují dostat nějakou adresu
- linker tyto adresy přiřazuje
- linker zpracovává jeden object file po sobě
- udržuje si symbol table
- mapuje symboly (názvy) na adresy
- automaticky se aktualizuje, čím víc object files zpracovává
- relokace jsou typicky vykonané najednou až na konci
- resolving symbols = hledání jejich adres
- zhotověný image programu, který má být spustěn
- často ve stejném formátu jako object files
- ale hotový s resolved symbols
- ale mnoho může používat shared libraries, v tomto případě jsou některé symboly unresolved
- každá sdílená knihovna stačí být v paměti pouze jednou
- sdílené knihovny používají symbolic names (jako v object files)
- v OS je “mini linker”, který tyto jména překládá
- známý jako runtime linker
- překlad adres = hledání adres
- sdílené knihovny muhou použít jiné sdílené knihovny
- mohou vytvořit DAG(Directed Acyclic Graph)
- spuštění programu, načte program do paměti
- části programu odkazují na jiné části programu
- znamená to, že musí vědět, kde budou načteny - o to se stará linker
- sdílené knihovny používají position-independent code
- funguje bez ohledu na to, na jakou bázovou adresu je program načtený
- C kompilátor je často nazývá
cc
- linker jako
ld
- the archive (static library) manager je
ar
- runtime linker je
ld.so
- část UNIXového design philosophy
- directories (adresáře) jsou soubory
- devices (zařízení) jsou sobory
- pipes (roury) jsou soubory
- síťová připojení jsou (skoro) soubory
- re-use the comprehensive file system API
- re-use existing file-base command-line tools
- chybu jsou špatné –> jednoduchost je dobrá
- množina souborů a adresářů
- často jsou on a single block device (ale mohou být i vrituální)
- adresáře a soubory tvoří strom (tree)
- directories are internal nodes
- files are leaf nodes
- souborové systémy používají cesty (paths) k ukazování na soubory
- je to řetězec s
/ jako delimiter adresáře (na Windows \)
- začínájící
/ značí filesystem root (/usr/include)
- velmi důležitá role v Plan9
- hlavní ve většině UNIX systems
- cf. Linux pseudo-filesystems
/proc nabízí informace o všech procesech/sys informace ohledně kernelu a zařízení
- menší role ve Windows
- velmi nízká role v Androidu
- otevření souboru (
open() sys call)
read() a write() dat- po dokončení
close()
rename() a unlink() souborůmkdir()
- kernel si udržuje tabulku otevřených souborů
- file descriptor je index do této tabulky
- pomocí file descriptors děláme vše
- non-UNIX systémy mají podobný koncept
- ve Windows se naývají handles
- obsahují sequential data (bytes)
- mohou mít vnitřní strukturu, o kterou ale se OS nestará
- k souborům jsou připojeny metada
- poslední modifikace
- kdo může a nemůže
read() a write()
- list souborů a jiných adresářů
- mohou být otevřeny jako soubory
- ale
read() a write() není povoleno
open(), create(), mkdir(), opendir(), readdir()
- UNIX joins all file systems into a single hiearchy
- the root of one filesystem becomes a directory in another is called mount point
- Windows používá drive letter místo toho (
C:,D:, …)
- pipes are simple communication device
- progam může
write() data do roury
- jiný může
read() ty data
- každý konec pipe má vlastní file descriptor
- a pipe can live in the filesystem (named pipe)
- block and character devices are (special) files
- block devices are accesed one block at a time
- a typical block would be a disk
- includes USB mass storage, flash storage, etc
- you can create a file system on block device
- character devices are more like normal files
- terminals, tapes, serial ports, audio devices
- the socket API comes from early BSD Unix
- socket represents a (possible) network connection
- sockets are more complicated than normal files
- establishing connections is hard
- messages get lost much more often than file data
- you get a file decriptor for an open socket
- you can
read() and write() to sockets
- sockets can be internet or unix domain
- internet sockets connect to other computers
- Unix sokcet live in the filesystem
- sockets can be stream or datagram
- stream socket are like files
- you can write a continuous stream of data
- datagram sockets can send individual messages