黄东升： Linux中形形色色的接口API和ABI

今天我们来看看Linux中形形色色的接口

前言

如果将内核比作一座工厂，那么Linux中众多的接口就是通往这个巨大工厂的高速公路。这条路要足够坚固，禁得起各种破坏(Robust)。要能跑得了运货的卡车，还要能升降飞机。(Compatible)。当然了这条路要越宽越好（Performant）。如下图所标，Linux中有四种类型的接口。位于内核和用户之间的API(应用程序接口)和ABI（应用二进制接口）。内核内部的API和ABI。下面我们逐条的来看看这些接口。

1.Linux API

内核-用户接口有内核系统调用和GNU C Library (glibc)的包装例程(wrap subroutines)构成。Linux API开发的目标是给POSIX标准提供一个相对兼容的，程序健壮性强的，高性能的实现，同时又实现一些Linux特有的标准。

 1.1 Linux内核的系统调用接口

系统调用接口包含了内核中所有已经实现的和可使用的系统调用。

1.2 C标准库

标准库是对系统调用的封装，用于给用户提供一个简单易用的用户态接口。其中最为熟知的就是GNU C Library(glibc)，还有为嵌入式和移动设备使用的uClibc。

1.3对POSIX的补充

还有一些接口是Linux特有的，比如：

Cgroup子系统，该子系统包含cgroup系统调用和libcgroup。

Futex,epoll,dnotify,inotify,Fanotify等系统调用。

2. Linux ABI

ABI是一系列约定的集合，例如GNU/Linux，FreeBSD约定函数调用的头六个整型参数放在寄存器RDI, RSI, RDX, RCX, R8和R9上；同时XMM0到XMM7用来放置浮点变元。对于系统调用，R10用来替代RCX。其他额外的参数推入栈，返回值保存在RAX中。[1] 可以说调用惯例(calling convention)就是ABI。因此，ABI是和具体CPU架构和OS相关的。

具体而言，ABI包含以下内容：[3]

1. 一个特定的处理器指令集

2. 函数调用惯例

3. 系统调用方式

4. 可执行文件的格式(ELF,PE)

那么，究竟我们为什么要纠结于ABI这个概念呢？答案是为了兼容，只要OS遵守相同的ABI规范，那么不同的应用就可以实现向前兼容，再也不用担心版本升级后，旧版本的应用不能运行了。

3. In-kernel API

内核API主要是内核中标记为 “EXPORT_SYMBOL”的函数。这些函数主要是为了内核模块的编写而提供的。收到内核版本迭代的影响，内核API并不稳定。2.x版本内核的模块可能在3.x版本上就无法使用。

4. In-Kernel ABI

内核的abi和linux abi的定义类似，再次不再赘述。

5. Abstraction ABI

在某些情况下，内核过于底层，开发者需要更高一层的抽象。于是出现了类似Mesa 3D的为图形驱动开发而生的API。

参考

[1] 

https://en.wikipedia.org/wiki/Linux_kernel_interfaces

所有图的来源

[2]

https://abi-laboratory.pro/index.php?view=abi-view

[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Application_binary_interface

abi的wiki

[4] https://zh.wikipedia.org/wiki/X86%E8%B0%83%E7%94%A8%E7%BA%A6%E5%AE%9A

x86调用惯例的中文wiki

[5] 

http://laoar.net/blogs/316/

讨论什么是ABI

[6] https://elixir.bootlin.com/linux/latest/source/kernel/sched/wait.c

内核API

[7]

https://stackoverflow.com/questions/2171177/what-is-an-application-binary-interface-abi

讨论什么是ABI

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