看看Linux中形形色色的接口

如果將內(nèi)核比作一座工廠，那么Linux中眾多的接口就是通往這個(gè)巨大工廠的高速公路。這條路要足夠堅(jiān)固，禁得起各種破壞(Robust)。要能跑得了運(yùn)貨的卡車(chē)，還要能升降飛機(jī)。(Compatible)。當(dāng)然了這條路要越寬越好（Performant）。如下圖所標(biāo)，Linux中有四種類(lèi)型的接口。位于內(nèi)核和用戶(hù)之間的API(應(yīng)用程序接口)和ABI（應(yīng)用二進(jìn)制接口）。內(nèi)核內(nèi)部的API和ABI。下面我們逐條的來(lái)看看這些接口。

1.Linux API

內(nèi)核-用戶(hù)接口有內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)用和GNU C Library (glibc)的包裝例程(wrap subroutines)構(gòu)成。Linux API開(kāi)發(fā)的目標(biāo)是給POSIX標(biāo)準(zhǔn)提供一個(gè)相對(duì)兼容的，程序健壯性強(qiáng)的，高性能的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)又實(shí)現(xiàn)一些Linux特有的標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 Linux內(nèi)核的系統(tǒng)調(diào)用接口

系統(tǒng)調(diào)用接口包含了內(nèi)核中所有已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的和可使用的系統(tǒng)調(diào)用。

1.2 C標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)

標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)是對(duì)系統(tǒng)調(diào)用的封裝，用于給用戶(hù)提供一個(gè)簡(jiǎn)單易用的用戶(hù)態(tài)接口。其中最為熟知的就是GNU C Library(glibc)，還有為嵌入式和移動(dòng)設(shè)備使用的uClibc。

1.3對(duì)POSIX的補(bǔ)充

還有一些接口是Linux特有的，比如：

Cgroup子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)包含cgroup系統(tǒng)調(diào)用和libcgroup。

Futex,epoll,dnotify,inotify,Fanotify等系統(tǒng)調(diào)用。

2. Linux ABI

ABI是一系列約定的集合，例如GNU/Linux，F(xiàn)reeBSD約定函數(shù)調(diào)用的頭六個(gè)整型參數(shù)放在寄存器RDI, RSI, RDX, RCX, R8和R9上；同時(shí)XMM0到XMM7用來(lái)放置浮點(diǎn)變?cè)?duì)于系統(tǒng)調(diào)用，R10用來(lái)替代RCX。其他額外的參數(shù)推入棧，返回值保存在RAX中。[1] 可以說(shuō)調(diào)用慣例(calling convention)就是ABI。因此，ABI是和具體CPU架構(gòu)和OS相關(guān)的。

具體而言，ABI包含以下內(nèi)容：[3]

1. 一個(gè)特定的處理器指令集

2. 函數(shù)調(diào)用慣例

3. 系統(tǒng)調(diào)用方式

4. 可執(zhí)行文件的格式(ELF,PE)

那么，究竟我們?yōu)槭裁匆m結(jié)于ABI這個(gè)概念呢？答案是為了兼容，只要OS遵守相同的ABI規(guī)范，那么不同的應(yīng)用就可以實(shí)現(xiàn)向前兼容，再也不用擔(dān)心版本升級(jí)后，舊版本的應(yīng)用不能運(yùn)行了。

3. In-kernel API

內(nèi)核API主要是內(nèi)核中標(biāo)記為 “EXPORT_SYMBOL”的函數(shù)。這些函數(shù)主要是為了內(nèi)核模塊的編寫(xiě)而提供的。收到內(nèi)核版本迭代的影響，內(nèi)核API并不穩(wěn)定。2.x版本內(nèi)核的模塊可能在3.x版本上就無(wú)法使用。

4. In-Kernel ABI

內(nèi)核的abi和linux abi的定義類(lèi)似，再次不再贅述。

5. Abstraction ABI

在某些情況下，內(nèi)核過(guò)于底層，開(kāi)發(fā)者需要更高一層的抽象。于是出現(xiàn)了類(lèi)似Mesa 3D的為圖形驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)而生的API。