Docker安裝Kafka-單個部署 叢集部署
Linux系統呼叫
原文：https://www.cnblogs.com/ycw0923/p/12913925.html
一.為何要有系統呼叫
unix核心分為使用者態和核心態，在使用者態下程式不內直接訪問核心資料結構或者核心程式，只有在核心態下才可訪問。請求核心服務的程序使用系統呼叫的特殊機制，每個系統呼叫都設定了一組識別程序請求的引數，通過執行CPU指令完成使用者態向核心態的轉換。
二.系統呼叫過程
32位系統中，通過int $0x80指令觸發系統呼叫。其中EAX暫存器用於傳遞系統呼叫號，引數按順序賦值給EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、EBP這6個暫存器。
64位系統則是使用syscall指令來觸發系統呼叫，同樣使用EAX暫存器傳遞系統呼叫號，RDI、RSI、RDX、RCX、R8、R9這6個暫存器則用來傳遞引數。
下面以64位系統中的42號，connect系統呼叫作為例子
connect是socket網路通訊中的函式，是客戶端與服務端連線時所用到的函式，connect接受三個引數，分別是客戶端的檔案描述符，sockaddr結構體，以及地址長度(ipv4為4）。若成功連線，返回0，否則返回-1
下面是客戶端的原始碼
#include <sys/socket.h> #include <sys/types.h> #include <netdb.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <memory.h> #include <unistd.h> #include "rio.h" #define MAXLINE 100 int open_clientfd(char*,char*); int main(int argc,char** argv){ int clientfd; char* host,*port,buf[MAXLINE]; rio_t rio; if(argc != 3){ fprintf(stderr,"usage: %s <host> <port>\n",argv[0]); exit(0); } host = argv[1]; port = argv[2]; clientfd = open_clientfd(host,port); rio_readinitb(&rio,clientfd); while(fgets(buf,MAXLINE,stdin)!=NULL){ rio_writen(clientfd,buf,strlen(buf)); rio_readlineb(&rio,buf,MAXLINE); fputs(buf,stdout); } close(clientfd); exit(0); } int open_clientfd(char* hostname,char* port){ int clientfd; struct addrinfo hints,*listp,*p; memset(&hints,0,sizeof(struct addrinfo)); hints.ai_socktype = SOCK_STREAM; hints.ai_flags = AI_NUMERICSERV; hints.ai_flags |= AI_ADDRCONFIG; getaddrinfo(hostname,port,&hints,&listp); //getaddrinfo會返回所有可用的套接字 for(p=listp;p;p=p->ai_next){ if((clientfd = socket(p->ai_family,p->ai_socktype,p->ai_protocol))<0) continue; if(connect(clientfd,p->ai_addr,p->ai_addrlen)!=-1)//引數分別為客戶端的檔案描述符，addr地址結構，已經地址長度 break;//成功建立連線 close(clientfd);//建立失敗，嘗試另一個套接字 } freeaddrinfo(listp); if(!p) return -1; return clientfd; }
服務端是採用基於I/O多路複用的併發事件驅動伺服器，基於select函式
#include <sys/socket.h> #include <sys/types.h> #include <sys/select.h> #include <netdb.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <memory.h> #include <unistd.h> #include <errno.h> #include "rio.h" #define LISTENQ 1024 #define MAXLINE 100 typedef struct{ int maxfd; fd_set read_set; fd_set ready_set; int nready; int maxi; int clientfd[FD_SETSIZE]; rio_t clientrio[FD_SETSIZE]; }pool; int bytes_cnt = 0; int open_listenfd(char*); void echo(int); void command(); void init_pool(int,pool*); void add_client(int,pool*); void check_clients(pool*); int main(int argc,char** argv){ int listenfd,connfd; socklen_t clientlen; struct sockaddr_storage clientaddr; char client_hostname[MAXLINE]; char client_port[MAXLINE]; static pool pool; if(argc != 2){ fprintf(stderr,"usage: %s <port>\n",argv[0]); exit(0); } listenfd = open_listenfd(argv[1]); init_pool(listenfd,&pool); while(1){ pool.ready_set = pool.read_set; pool.nready = select(pool.maxfd+1,&pool.ready_set,NULL,NULL,NULL); if(FD_ISSET(listenfd,&pool.ready_set)){ clientlen = sizeof(struct sockaddr_storage); connfd = accept(listenfd,(struct sockaddr *)&clientaddr,&clientlen); add_client(connfd,&pool); getnameinfo((struct sockaddr *)&clientaddr,clientlen,client_hostname,MAXLINE,client_port,MAXLINE,0); printf("連線到:(%s,%s)\n",client_hostname,client_port); } check_clients(&pool); } } int open_listenfd(char* port){ int listenfd; int optval = 1; struct addrinfo hints,*listp,*p; memset(&hints,0,sizeof(struct addrinfo)); hints.ai_socktype = SOCK_STREAM; hints.ai_flags = AI_PASSIVE | AI_ADDRCONFIG; hints.ai_flags |= AI_NUMERICSERV; getaddrinfo(NULL,port,&hints,&listp); for(p=listp;p;p=p->ai_next){ if((listenfd = socket(p->ai_family,p->ai_socktype,p->ai_protocol))<0) continue; setsockopt(listenfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,(const void*)&optval,sizeof(int)); if(bind(listenfd,p->ai_addr,p->ai_addrlen)==0) break; close(listenfd); } freeaddrinfo(listp); if(!p) return -1; //建立成功，開始監聽 //LISTENQ是等待的連線請求佇列 if(listen(listenfd,LISTENQ)<0){ close(listenfd); return -1; } return listenfd; } void echo(int connfd){ size_t n; char buf[MAXLINE]; rio_t rio; rio_readinitb(&rio,connfd); while((n = rio_readlineb(&rio,buf,MAXLINE)) != 0){ printf("伺服器接受到: %d 位元組\n",(int)n); printf("%s\n",buf); rio_writen(connfd,buf,n); } } void command(){ char buf[MAXLINE]; if(!fgets(buf,MAXLINE,stdin)) exit(0); printf("%s",buf); } void init_pool(int listenfd,pool* p){ int i; p->maxi = -1; for(i=0;i<FD_SETSIZE;i++) p->clientfd[i]=-1; p->maxfd = listenfd; FD_ZERO(&p->read_set); FD_SET(listenfd,&p->read_set); } void add_client(int connfd,pool* p){ int i; p->nready--; for(i=0;i<FD_SETSIZE;i++){ if(p->clientfd[i]<0){ p->clientfd[i] = connfd; rio_readinitb(&p->clientrio[i],connfd); FD_SET(connfd,&p->read_set); if(connfd > p->maxfd) p->maxfd = connfd; if(i > p->maxi) p->maxi = i; break; } } if(i == FD_SETSIZE) printf("add_client error: 客戶端過多"); } void check_clients(pool* p){ int i,connfd,n; char buf[MAXLINE]; rio_t rio; for(i=0;i<=p->maxi && p->nready>0;i++){ connfd = p->clientfd[i]; rio = p->clientrio[i]; if((connfd>0) && (FD_ISSET(connfd,&p->ready_set))){ p->nready--; if((n = rio_readlineb(&rio,buf,MAXLINE))!=0){ bytes_cnt += n; printf("伺服器收到 %d (總共%d) 位元組 在 檔案描述符%d ",n,bytes_cnt,connfd); rio_writen(connfd,buf,n); printf("內容:%s\n",buf); } else{ close(connfd); FD_CLR(connfd,&p->read_set); p->clientfd[i] = -1; } } } }
修改connect函式，以彙編指令的形式進入系統呼叫
通過gdb檢視connect函式傳參用到的暫存器
其中connect的系統呼叫號為0x2a
asm volatile(
"movl %1,%%edi\n\t"
"movq %2,%%rsi\n\t"
"movl %3,%%edx\n\t"
"movl $0x2a,%%eax\n\t"
"syscall\n\t"
"movq %%rax,%0\n\t"
:"=m"(ret)
:"a"(clientfd),"b"(p->ai_addr),"c"(p->ai_addrlen)
);
測試是否通過彙編正常呼叫connect函式，服務端監聽45678埠
客戶端試圖連線到45678埠
看來是可以正常觸發的，其中50962是客戶端程序的埠號
接下來重新靜態編譯客戶端程式 gcc clis.c -o ciis -static，如果不是靜態編譯，在qemu下是不能正常執行的,提示. /not found（缺少lib動態連結庫）
然後重新打包系統根目錄rootfs
開啟qemu，通過gdb在entry_SYSCALL_64處打斷點
進入home目錄後，執行./ciis localhost 1256
由於每次按下鍵盤都會觸發一箇中斷，每個中斷都會進入斷點，所以除錯的過程非常慢
進入entry_syscall後，會儲存暫存器的值到pt_regs結構體中
ENTRY(entry_SYSCALL_64)
UNWIND_HINT_EMPTY
/*
* Interrupts are off on entry.
* We do not frame this tiny irq-off block with TRACE_IRQS_OFF/ON,
* it is too small to ever cause noticeable irq latency.
*/
swapgs
/* tss.sp2 is scratch space. */
movq %rsp, PER_CPU_VAR(cpu_tss_rw + TSS_sp2)
SWITCH_TO_KERNEL_CR3 scratch_reg=%rsp
movq PER_CPU_VAR(cpu_current_top_of_stack), %rsp
/* Construct struct pt_regs on stack */
pushq $__USER_DS /* pt_regs->ss */
pushq PER_CPU_VAR(cpu_tss_rw + TSS_sp2) /* pt_regs->sp */
pushq %r11 /* pt_regs->flags */
pushq $__USER_CS /* pt_regs->cs */
pushq %rcx /* pt_regs->ip */
GLOBAL(entry_SYSCALL_64_after_hwframe)
pushq %rax /* pt_regs->orig_ax */
進入entry_syscalll_64後，會儲存現在暫存器的值放入pt_regs結構體中
繼續單步執行，執行call dosyscallc_64函式
do_syscall64定義在common.c中
regs->ax = sys_call_table[nr](regs);
這句會查詢對應的系統呼叫號，然後傳入regs結構體，regs中儲存著各個暫存器的值，之後會把呼叫返回值傳給ax暫存器
最後會執行sysret指令恢復堆疊
USERGS_SYSERT64是個巨集展開，其擴充套件呼叫 swapgs 指令交換使用者 GS 和核心GS， sysret 指令執行從系統呼叫處理退出
至此，一段系統呼叫結束
總結
作業系統對於中斷處理流程一般為：
- 關中斷：CPU關閉中段響應，即不再接受其它外部中斷請求
- 儲存斷點：將發生中斷處的指令地址壓入堆疊，以使中斷處理完後能正確地返回。
- 識別中斷源：CPU識別中斷的來源，確定中斷型別號，從而找到相應的中斷服務程式的入口地址。
- 保護現場所：將發生中斷處理有關暫存器（中斷服務程式中要使用的暫存器）以及標誌暫存器的記憶體壓入堆疊。
- 執行中斷服務程式：轉到中斷服務程式入口開始執行，可在適當時刻重新開放中斷，以便允許響應較高優先順序的外部中斷。
- 恢復現場並返回：把“保護現場”時壓入堆疊的資訊彈回原暫存器，然後執行中斷返回指令（IRET），從而返回主程式繼續執行。
在核心初始化時，會執行trap_init函式，把中斷向量表拷貝到指定位置，syscall_64.c中定義著系統呼叫表sys_call_table，在cpu_init時完成初始化。執行int 0x80時，硬體找到在中斷描述符表中的表項，在自動切換到核心棧 (tss.ss0 : tss.esp0) 後根據中斷描述符的 segment selector 在 GDT / LDT 中找到對應的段描述符，從段描述符拿到段的基址，載入到 cs ，將 offset 載入到 eip。最後硬體將 ss / sp / eflags / cs / ip / error code 依次壓到核心棧。返回時，iret 將先前壓棧的 ss / sp / eflags / cs / ip 彈出，恢復使用者態呼叫時的暫存器上下文。
syscall則是64位系統中，為了加速系統呼叫通過引入新的 MSR 來存放核心態的程式碼和棧的段號和偏移量，從而實現快速跳轉。