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syscall - 간접적 시스템 호출

#define _GNU_SOURCE         /* feature_test_macros(7) 참고 */
#include <unistd.h>
#include <sys/syscall.h>    /* SYS_xxx 정의 */

long syscall(long number, ...);

syscall()은 작은 라이브러리 함수이며, 지정한 번호 number와 지정한 인자들을 가진 어셈블리 언어 인터페이스의 시스템 호출을 부른다. 예를 들어 C 라이브러리에 래퍼 함수가 없는 시스템 호출을 부를 때 syscall()이 유용하다.

syscall()은 시스템 호출을 하기 전에 CPU 레지스터들을 저장해 두고, 시스템 호출 반환 후 그 레지스터들을 복원하며, 오류 발생 시 시스템 호출이 반환한 오류 코드를 errno(3)에 저장한다.

시스템 호출 번호 상수들을 헤더 파일 <sys/syscall.h>에서 찾을 수 있다.

부르려고 하는 시스템 호출이 반환 값을 규정한다. 일반적으로 반환 값 0은 성공을 나타낸다. 반환 값 -1은 오류를 나타내며 errno에 오류 코드가 저장된다.

4BSD에서 syscall()이 처음 등장했다.

각각의 아키텍처 ABI마다 시스템 호출을 어떻게 커널로 전달하는지에 대한 나름의 요구 사항이 있다. glibc 래퍼가 있는 시스템 호출(즉, 대부분의 시스템 호출)에서는 아키텍처에 맞는 방식으로 인자를 레지스터로 복사하는 세부 사항들을 glibc가 다뤄 준다. 하지만 syscall()을 이용해 시스템 호출을 할 때는 호출자가 아키텍처별 세부 사항들을 다뤄야 할 수도 있다. 특정 32비트 아키텍처들에서 이런 요구 사항을 가장 흔히 만나게 된다.

예를 들어 ARM 아키텍처 임베디드 ABI(EABI)에서는 64비트 값(가령 long long)을 짝수 번 레지스터 쌍에 정렬시켜야 한다. 그래서 리틀 엔디언 모드 EABI ARM 아키텍처에서 glibc가 제공하는 래퍼 대신 syscall()을 사용한다면 readahead() 시스템 호출을 다음과 같이 부르게 될 것이다.

syscall(SYS_readahead, fd, 0,
        (unsigned int) (offset & 0xFFFFFFFF),
        (unsigned int) (offset >> 32),
        count);

offset 인자가 64비트이고 첫 번째 인자(fd)를 r0로 전달하므로 호출자가 64비트 값을 직접 쪼개고 정렬해서 r2/r3 레지스터 쌍으로 전달되게 해야 한다. 즉 r1에 더미 값을 넣는다 (두 번째 인자 0). 쪼개기가 (플랫폼에 대한 C ABI에 따른) 엔디언 규약을 따르도록 하는 데에도 주의를 기울여야 한다.

O32 ABI의 MIPS, 32비트 ABI의 PowerPC 및 parisc, 그리고 Xtensa에서도 비슷한 문제가 발생할 수 있다.

참고로 parisc C ABI에서도 정렬된 레지스터 쌍을 사용하지만 중간 계층을 이용해 사용자 공간에게 문제를 감춰 준다.

영향 받는 시스템 호출은 fadvise64_64(2), ftruncate64(2), posix_fadvise(2), pread64(2), pwrite64(2), readahead(2), sync_file_range(2), truncate64(2)이다.

_llseek(2), preadv(2), preadv2(2), pwritev(2), pwritev2(2)처럼 직접 64비트 값을 쪼개고 합치는 시스템 호출들은 영향을 받지 않는다. 역사적 잔재들의 멋진 세계에 온 것을 환영한다.

아키텍처마다 커널을 호출하고 인자를 전달하는 나름의 방식이 있다. 여러 아키텍처의 세부 사항들이 아래 두 표에 나열되어 있다.

첫 번째 표는 커널로 전환하는 데 쓰는 인스트럭션 (커널로 전환하는 최단 내지 최선의 방법이 아닐 수도 있으며, 그래서 vdso(7)를 참고해야 할 수도 있음), 시스템 호출 번호를 나타내는 데 쓰는 레지스터, 커널 호출 결과를 반환하는 데 쓰는 레지스터(들), 오류를 알리는 데 쓰는 레지스터를 보여 준다.

참고:

[1] 몇몇 아키텍처에서는 레지스터 하나를 불리언으로 사용해 (0은 오류 없음, -1은 오류 나타냄) 시스템 호출이 실패했는지 알린다. 실제 오류 값은 마찬가지로 반환 레지스터에 담는다. sparc에서는 레지스터 전체 대신 프로세서 상태 레지스터(psr)의 캐리 비트(csr)를 사용한다.

[2] NR이 시스템 호출 번호이다.

[3] s390과 s390x에서는 NR(시스템 호출 번호)가 256보다 작으면 svc NR로 직접 전달할 수도 있다.

[4] SuperH에서는 트랩 번호가 전달 인자의 최대 개수를 규정한다. trap #0x10은 인자 0개인 시스템 호출과 사용할 수 있고, trap #0x11은 인자가 0개나 1개인 시스템 호출과 사용할 수 있고, 그런 식으로 해서 trap #0x17은 인자 7개인 시스템 호출을 위한 것이다.

[5] x32 ABI는 x86-64 ABI와 시스템 호출 테이블을 공유하되 몇 가지 미묘한 차이가 있다.

• x32 ABI 하에서 시스템 호출이 이뤄지는 걸 나타내기 위해서 시스템 호출 번호에 추가로 __X32_SYSCALL_BIT 비트를 OR 한다. 프로세스에서 사용하는 ABI가 시그널 처리나 시스템 호출 재시작을 포함한 일부 프로세스 동작 방식에 영향을 준다.

• x32에서 long 및 포인터 타입의 크기가 다르기 때문에 일부 구조체의 (전부는 아니다. 예를 들어 struct timeval이나 struct rlimit은 64비트를 쓴다.) 배치가 다르다. 이를 다루기 위해 시스템 호출 테이블에 번호가 (__X32_SYSCALL_BIT는 제외하고) 512부터 시작하는 시스템 호출들이 추가돼 있다. 예를 들어 __NR_readv가 x86-64 ABI에는 19로 정의돼 있고 x32 ABI에는 __X32_SYSCALL_BIT | 515로 정의돼 있다. 이런 추가 시스템 호출 대부분은 사실 i386 호환성 제공을 위한 시스템 호출들과 동일하다. 하지만 preadv2(2)처럼 눈에 띄는 예외도 있는데, 4바이트 포인터 및 크기를 쓰는 struct iovec 항목(커널 용어로는 "compat_iovec")을 사용하면서도 여타 ABI에서처럼 8바이트 pos 인자를 둘이 아닌 한 레지스터로 전달한다.

[6] 일부 아키텍처(Alpha, IA-64, MIPS, SuperH, sparc/32, sparc/64)에서는 추가 레지스터(위 표의 "반환 값 2")를 사용해서 pipe(2) 시스템 호출의 두 번째 반환 값을 되돌려 준다. Alpha에선 아키텍처 한정 시스템 호출인 getxpid(2), getxuid(2), getxgid(2)에서도 이 기법을 쓴다. 다른 아키텍처들에선 System V ABI에 정의돼 있는 경우조차도 시스템 호출 인터페이스에서 두 번째 반환 값 레지스터를 쓰지 않는다.

두 번째 표는 시스템 호출 인자들을 전달하는 데 쓰는 레지스터들을 보여 준다.

참고:

[1] mips/o32 시스템 호출 규약에서는 5번에서 8번까지 인자들을 사용자 스택으로 전달한다.

참고로 이 표들이 호출 규약 전체를 포괄하는 것은 아니다. 일부 아키텍처에서 여기 나열 안 된 다른 레지스터들을 마구 건드릴 수도 있다.

#define _GNU_SOURCE
#include <unistd.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>

int
main(int argc, char *argv[])
{
    pid_t tid;

    tid = syscall(SYS_gettid);
    syscall(SYS_tgkill, getpid(), tid, SIGHUP);
}

_syscall(2), intro(2), syscalls(2), errno(3), vdso(7)

2018-04-30