Linux 与 Windows 中的系统库答案

【问题标题】：System libraries in Linux vs. WindowsLinux 与 Windows 中的系统库
【发布时间】：2020-04-27 19:43:46
【问题描述】：

我的背景是 Windows，我是 Linux 菜鸟。仍在尝试围绕一些基本概念，特别是系统库：

Windows 具有包装系统调用的 ntdll.dll 和 CRT dll C 语法与 ntdll OS 公开的接口之间的哪个接口服务。
（为简化起见，我忽略了中间层 user32、kernel32、kernalbase 等。我也意识到 CRT 是几个 dll，这不是重点）。
似乎 Unix/Linux 几乎只有 libc，它包装了系统调用和直接从您的应用程序代码调用。

这是正确的类比吗？ (ntdll + CRT) libc ?

我意识到 C 和 Unix 是一起发展的，但我仍然感到惊讶。是否可以将 C 接口硬连接到 Unix/Linux 的操作系统中？在 Windows 中，非 C 程序链接到底层操作系统提供的 dll。是否有可能在 Linux 中没有 OS/C 运行时边界？

【问题讨论】：

libc 是的边界，是的。它将open() 之类的函数转换为适当的内核系统调用。
Windows C 运行时中的 POSIX 系统函数通常不适合并且过于局限。大多数本机程序直接使用 Windows API，例如CreateFileW -> NtCreateFile。或者他们使用 C++ 标准模板库和 Windows API。将 WINAPI DLL 称为“中间层”严重歪曲了典型用法。
此外，内核中的系统服务表由 Windows 子系统内核驱动程序 win32k.sys 扩展，这些系统调用在用户模式下由 win32u.dll 包装，而不是由基本系统 DLL 包装, ntdll.dll。在 Windows 10 之前，这些 win32k 系统调用是直接在 user32.dll 和 gdi32.dll 中进行的。

标签： linux windows shared-libraries

【解决方案1】：

一般来说，大多数程序都链接到 libc，即使它们是用另一种语言编写的。它提供了 C 标准库接口（如 MSVCRT）、POSIX 功能（相当于 Win32 子系统的某些部分）以及围绕系统调用的包装器。例如，Rust 使用 libc，因为它提供了一个可移植的链接环境。

但是，在 Linux 上，您不必必须链接到 libc。 Go 选择直接进行系统调用，这意味着它可以发布没有运行时依赖的静态二进制文件。这是可能的，因为 Linux 保证了稳定的内核 ABI，但并非所有操作系统都这样做（例如 macOS）。因此，除非您拥有大量资源（例如整个编程语言团队），否则这通常不是明智之举，除非您只使用少数系统调用。

我应该指出，即使是 Windows 在本质上也是与 C 语言相关联的：它使用 C 字符串（被授予，通常是宽 C 字符串）进行系统调用，并且大部分内核都是用 C 编写的。即使你刚开始从头开始一个内核，你仍然需要一个通用的 C 接口，因为几乎每种编程语言都有与 C 交互的方法。

【讨论】：

Windows API 使用 C 以 null 结尾的字符串，但 NTAPI（例如内核和原生 NT 应用程序，例如 smss.exe、csrss.exe 等）通常使用计数字符串，例如 @987654321 @。 NT 主要是用 C 和汇编语言编写的。但是，与 Linux 不同的是，NT 没有稳定的系统调用接口（系统调用需要使用 ntdll.dll 和 win32u.dll 中的存根函数），甚至没有稳定的 API，除了为驱动程序开发人员发布的子集。

【解决方案2】：

Linux system calls 记录在 syscalls(2) 中，是用户级程序的基础。 calling conventions 记录在 ABI 规范中。 ELF 可执行格式已记录在案，例如在elf(5).

另请阅读Advanced Linux Programming 和Unix philosophy。

您可以直接在汇编程序中进行系统调用。 Linux Assembly HowTo 解释了这一点。您会更喜欢使用 C 接口，因此libc 更可取。实际上，libc.so 是大多数 Linux 系统的基石。

与ldd(1)、pmap(1)、strace(1)、BusyBox一起玩

GCC 编译器启用有用的language extensions 和mixing C and assembler 代码。

一些编程语言实现几乎不使用 C 并且可以直接调用系统调用（查看 SBCL 或 Go ...）

Linux 的kernel 和通常的GNU libc（或musl-libc），还有GCC 编译器和binutils 都是free software 或open source，你可以研究它们源代码。

systemd 和 vdso(7) 让事情变得更加棘手。

另见http://linuxfromscratch.org/

图形应用程序正在使用一些display server，通常是Xorg 或Wayland。阅读X11。您可能希望使用GTK 或Qt 之类的GUI 工具包对其进行编码。

【讨论】：

感谢所有资源。