为什么glibc库使用汇编答案

【问题标题】：Why does glibc library use assembly为什么glibc库使用汇编
【发布时间】：2019-01-23 20:21:49
【问题描述】：

我在看这个页面：https://sys.readthedocs.io/en/latest/doc/01_introduction.html
这将解释 glibc 如何进行系统调用。
在其中一个示例中，检查了代码并显示，最后一条指令 glibc 实际上执行系统调用（意味着对 cpu 的中断）是用汇编编写的。 .. 那么为什么 glibc 是汇编的一部分呢？在汇编中编写那一小部分是否有某种优势？
另外，运行时的共享库已经编译为机器码对吗？
那么为什么在编译之前使用两种不同的语言会有任何优势呢？谢谢。

【问题讨论】：

编译器不支持为CPU部分的中断生成机器码。
如果不是汇编写的，用什么C语句？
为什么 C 标准库的某些部分以低级语言实现令人惊讶？各种高级语言通常在低级语言中实现。 Python、Java、Ruby、Perl 和许多其他都属于这一类。

标签： c gcc assembly glibc

【解决方案1】：

答案非常简单——因为 C 不涵盖系统调用（因为它通常不涵盖任何物理硬件，并且更喜欢用抽象机器来表达自己），所以没有 C 构造 glibc可以用来执行系统调用。

有人可能会争辩说，编译器可以提供一种内在功能来做到这一点，但由于在 Linux 中 glibc 实际上是编译器工具套件的一部分（也包含 CRT），因此实际上不需要它，glibc 可以做到工作。

此外，最后但并非最不重要的一点是，在现代 CPU 中，系统调用通常不是中断。相反，它是一个特定的指令（x86_64 中的syscall）。

【讨论】：

您的意思是“glibc 不能使用任何 C 构造”，而您有“glibc 可以使用 ...”？
@zwol，是的，这非常不清楚，感谢您指出。我改写了，希望现在更好。
@SergeyA... 我明白并理解您所说的 glibc 不想专门涵盖任何硬件的意思....但是，为了学习，我们假设您想编写一个用于 x86 平台系统调用的 glibc 的 C 函数，你能做到吗？因此，您可以使用另一个可以执行相同操作的 C 函数，而不是将程序集放在 glibc 中。我知道这将毫无意义，但我只是好奇它是否可能。谢谢。
@hescobar1013 你可以写一堆函数，就像list item 3 of this old answer of mine 中的函数一样，事实上这正是 glibc 所做的（由于历史原因，隐藏在大量宏下）——但是有函数体中的内联汇编操作，这是不可避免的。
@zwol ....谢谢你的链接，这个答案也很有趣......所以我明白了，在 glibc 和 gcc 的上下文中，出于多种原因需要组装，其中之一是 glibc 不想关心硬件级别的“东西”并且不可知论......但是为了学习，在 glibc 和 gcc 之外，是否可以编写一个 C 库和一个x86平台的C编译器，可以放弃使用汇编吗？因此，您可以制作一个能够理解将“int 0x80”或类似内容转换为机器代码以执行系统调用的编译器，对吗？谢谢。

【解决方案2】：

我想解决你的这个问题：

另外，运行时的共享库是否已经编译为机器码，对吗？那么为什么在编译之前使用两种不同的语言会有什么优势呢？

SergeyA 正确地指出，没有任何 C 构造（即使具有所有 GCC 的扩展）会导致编译器发出 syscall 指令。这不是 C 库应该做的唯一不能完全用 C 编写的事情：setjmp 和 longjmp、makecontext 和 setcontext 的实现，“入口点”代码调用main，从信号处理程序返回时返回的“蹦床”，以及其他几个低级位都需要一点点手写汇编。（练习：它们有什么共同点？）

但是还有另一个原因将汇编语言混合到一个主要用 C 编写的程序中。This is one of the several implementations of memcpy for x86-64 in glibc。它是 3100 行手写汇编语言和预处理器宏。它的作用可以用四行 C 来表达。为什么有人会那么麻烦？ 速度。 编译器总是越来越近，但在从关键的最内层循环中挤出每一个最后可能的循环时，它们还没有完全击败人脑。（值得一提的是，在 2018 年初，glibc 开发人员花了很多时间用 C 替换 math.h 函数的手写汇编实现，因为编译器赶上了这些，而 C更易于维护。）

还有第三个答案，它与 glibc 并不特别相关，但在其他地方出现了一堆，可能你的程序中有两种不同的语言，因为它们中的每一种都更擅长解决你的问题。统计语言 R 主要是用 C 实现的，但是它的一些数学原语是（或者曾经是，我有一段时间没有检查过）用 FORTRAN 编写的，因为 FORTRAN 仍然是数值计算向导所考虑的语言。并且 FORTRAN 被编译为机器代码，原则上您可以用 C 重写所有 FORTRAN，但没有人愿意。

【讨论】：

“FORTRAN 仍然是数值计算向导思考的语言”——这不仅仅是他们思考哪种语言的问题——FORTRAN 中缺少指针别名允许进行更积极的优化，通常会导致在更快的机器代码中。
@EmployedRussian 我认为原则上你可以通过仔细使用restrict在C语言中获得相同的优化级别，但无论如何这是一个好点：学习如何“在 C 中思考”将涉及学习所有类似的东西，你必须在 C 中而不是在 FORTRAN 中做，所以转换成本甚至比乍看之下还要高。