write函数过程解析

write函数作为用户向终端或者文件进行写数据的重要函数，有着重要的作用。

|------|          |---------|　　　　  |---------|　　　　 |----------|　
| write |----->|sys_write|-------->|vfs_write|------->|ext4_write|
|------|          |---------|             |---------|             |----------|

上面是write函数从用户空间到内核空间的过程。比如下面这个具体的例子write_test.c：

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main(void)
{
    char buffer[10] = "hello\n";
    int count;
    int fd = open ("ab.txt",O_RDWR);
    if (fd == -1)
    {
        fprintf(stderr,"can't open file:[%s]\n","ab.txt");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    count = write(fd,buffer,strlen(buffer));
    if (count == -1)
    {
        fprintf(stderr,"write error\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

exit(EXIT_SUCCESS);
}

采用gcc静态编译的方式：gcc -static -o read_write  read_write.c  【使用静态编译的方式是为了更好的观看汇编代码】

接下来进行如下：root@node1:~/unixprogram# objdump  -d write_test > assemble   【注：因显示的汇编代码有11万行，所以保存为文件，采用动态链接库的方式文件小很多，这是默认的gcc编译选项】

查看assemble文件：【挑选重要的行】

08048250 <main>:
......
80482d9:    89 44 24 04              mov    %eax,0x4(%esp)
80482dd:    8b 44 24 18              mov    0x18(%esp),%eax
80482e1:    89 04 24                 mov    %eax,(%esp)
80482e4:    e8 e7 77 00 00           call   804fad0 <__libc_write>
......

上面是对应于main函数中的汇编，显示的是调用的是__libc_write函数

0804fad0 <__libc_write>:
 804fad0:    65 83 3d 0c 00 00 00     cmpl   $0x0,%gs:0xc
 804fad7:    00
 804fad8:    75 21                    jne    804fafb <__write_nocancel+0x21>

上面对应的是__libc_write函数的汇编代码，在__libc_write函数中显示它调用了__write_nocancel函数

0804fada <__write_nocancel>:
 804fada:    53                       push   %ebx
 804fadb:    8b 54 24 10              mov    0x10(%esp),%edx
 804fadf:    8b 4c 24 0c              mov    0xc(%esp),%ecx
 804fae3:    8b 5c 24 08              mov    0x8(%esp),%ebx
 804fae7:    b8 04 00 00 00           mov    $0x4,%eax
 804faec:    cd 80                    int    $0x80
 ......

从__write_nocancel函数中我们可以看到，在这里传递给eax寄存器立即数4，这是系统调用write的调用number，然后就进行软中断int $0x80进入到内核状态，进行的是system_call()中断处理函数。

【补充说明】在glibc-2.11.2中只有__libc_write函数原型，而对于__write_nocancel是根据系统调用模板生成的，在源码中没有，其中__libc_write在glibc-2.11.2中的io/write.c中有定义。如下

/* Write NBYTES of BUF to FD.  Return the number written, or -1.  */
ssize_t
　　__libc_write (int fd, const void *buf, size_t nbytes)
　　{
 　　 if (nbytes == 0)
    　　　　return 0;
 　　 if (fd < 0)
   　　 {
      　　__set_errno (EBADF);
      　　return -1;
    　　}
  　　if (buf == NULL)
   　　 {
     　　 __set_errno (EINVAL);
      　　return -1;
    　　}

　　 __set_errno (ENOSYS);
  　　return -1;
　　}
　　libc_hidden_def (__libc_write)
　　stub_warning (write)

　　weak_alias (__libc_write, __write)
　　libc_hidden_weak (__write)
　　weak_alias (__libc_write, write)
　　#include <stub-tag.h>

而系统调用部分是根据如下几个文件生成：glibc-2.11.2/sysdeps/unix/syscall.S  glibc-2.11.2/sysdeps/unix/syscalls.list  glibc-2.11.2/sysdeps/unix/syscall-template.S

对于系统调用处理的汇编代码位于linux源码中的 arch/x86/kernel/entry_32.S 【注：内核版本为2.6.39 处理器：x86中的32位】

ENTRY(system_call)
    RING0_INT_FRAME            # can't unwind into user space anyway
    pushl_cfi %eax            # save orig_eax
    SAVE_ALL
    GET_THREAD_INFO(%ebp)
                    # system call tracing in operation / emulation
    testl $_TIF_WORK_SYSCALL_ENTRY,TI_flags(%ebp)
    jnz syscall_trace_entry
    cmpl $(nr_syscalls), %eax
    jae syscall_badsys
syscall_call:
    call *sys_call_table(,%eax,4)
    movl %eax,PT_EAX(%esp)        # store the return value
......

这是系统调用的处理函数，通过找到系统调用表中的write系统调用，然后进入到sys_write。

/*
 * This file contains the system call numbers.
 */

#define __NR_restart_syscall      0
#define __NR_exit          1
#define __NR_fork          2
#define __NR_read          3
#define __NR_write          4
#define __NR_open          5
#define __NR_close          6
#define __NR_waitpid          7
#define __NR_creat          8
........

上面的是linux下的系统调用号列表，位于linux-2.6.39/arch/x86/include/asm/unistd_32.h中。

而对于系统调用表中的write函数位于linux-2.6.39/fs/read_write.c中，如下：

SYSCALL_DEFINE3(write, unsigned int, fd, const char __user *, buf,
        size_t, count)
{
    struct file *file;
    ssize_t ret = -EBADF;
    int fput_needed;

file = fget_light(fd, &fput_needed);
    if (file) {
        loff_t pos = file_pos_read(file);
        ret = vfs_write(file, buf, count, &pos);
        file_pos_write(file, pos);
        fput_light(file, fput_needed);
    }

return ret;
}