Zircon 基礎知識

Zircon 是驅動 Fuchsia 的核心。它由核心和一小組用戶端空間服務、驅動程式和核心系統功能 (例如啟動) 所需的程式庫組成。

Zircon反之,Zircon 類微核心的架構可讓 Fuchsia 將系統中執行的受信任程式碼減少成幾個核心功能:

  • 記憶體管理
  • 時段設定
  • 處理序間通訊

資料表格顯示 Fuchsia 與一般作業系統的核心服務比較,指出 Fuchsia 核心包含的服務較少。

系統呼叫

使用者空間程式碼會透過系統呼叫與核心空間中的物件互動。Zircon 包含可執行低層級作業的系統呼叫,例如:

  • 記憶體管理
  • 工作和程序管理
  • 處理序間通訊 (IPC) 和同步
  • 例外狀況處理
  • 硬體支援服務 (時鐘、熵、裝置 I/O)

libzircon.soZircon vDSO 是 ELF 格式的共用資料庫,每個新程序都會將核心對應至位址空間。這個程式庫會視為「虛擬」,因為直接由核心映像檔公開,而不是從檔案載入。

大多數系統呼叫會直接與一或多個

工作、程序和執行緒

Zircon 公開三個主要核心物件來執行程式碼:

  • 執行緒:在特定位址空間內執行的執行緒。
  • 程序:在私人隔離的位址空間中執行的一組可執行指示。
  • 工作:一組相關程序和工作。所有工作都會形成單一根目錄樹狀結構。

樹狀圖說明 Fuchsia 的程序階層。程序會分組為工作,而這些工作最終由根工作擁有。

程序是系統功能的基礎。每個程序都會透過其保留的各種處理碼授予一組功能。

Fuchsia 軟體不一定會在單一程序的限制範圍內執行。工作允許由多個程序組成的「應用程式」控制為單一實體。

處理序間通訊

由於程序預設為隔離狀態,核心必須提供一種方法,讓程序彼此安全地通訊。Zircon 包含下列核心物件類型,用於處理程序間通訊 (IPC):

  • 事件:兩個程序之間的信號介面。
  • Socket:串流資料傳輸,類似管道。
  • 串流:可尋找的串流資料傳輸,例如檔案。
  • 管道:以訊息為基礎的傳輸功能,能夠傳遞資料和一組控制代碼。
  • FIFO:共用記憶體存取的控制平面,針對小型資料酬載進行最佳化。

在這類物件中,管道特別適合協助啟動新程序,因為管道能將帳號代碼 (進而功能) 轉移至其他程序。

管道有兩個端點帳號代碼,每個帳號代碼都由個別程序擁有。只有擁有者可以讀取或寫入訊息,但端點的擁有權可從一個程序轉移至另一個程序。當句柄寫入管道時,系統會將其從傳送程序中移除。當從管道讀取含有句柄的訊息時,系統會將句柄新增至接收程序。

圖表顯示程序如何透過核心中的共用物件進行通訊。其中最常見的連結就是管道。

Zircon 管道是服務層級 IPC 通訊協定的基本元素,這些通訊協定由 FIDL 通訊協定是 Fuchsia 程式使用的 IPC 主要方法。稍後,您將進一步瞭解如何建立及使用 FIDL 通訊協定。

練習:工作和程序

讓我們在執行中的系統上,瞭解這些基本概念。在本練習中,您將瞭解工作和程序如何互動,形成樹狀結構。

啟動模擬器

如果您尚未啟動執行個體,請啟動模擬器:

ffx emu start --headless

啟動完成後,模擬器會輸出以下訊息並傳回:

Logging to "$HOME/.local/share/Fuchsia/ffx/emu/instances/fuchsia-emulator/emulator.log"
Waiting for Fuchsia to start (up to 60 seconds)........
Emulator is ready.

傾印程序清單

連線至裝置殼層提示,並使用 ps 指令傾印執行中工作和程序的清單。

fx shell ps

以下是經過精簡的輸出內容範例:

TASK                     PSS PRIVATE  SHARED   STATE NAME
j: 1027               507.8M  507.4M                 root
  p: 1061             564.4k    564k     36k         bin/bootsvc
  p: 1150            4264.4k   4264k     36k         bin/component_manager
  j: 1479             228.4k    228k
    p: 1583           228.4k    228k     36k         pwrbtn-monitor.cm
  j: 1484             532.4k    532k
    p: 1599           532.4k    532k     36k         svchost.cm
  j: 1544             402.4k    304k
    p: 1633           402.4k    304k    232k         netsvc.cm
  j: 1681             296.4k    296k
    p: 1733           296.4k    296k     36k         console-launcher.cm
  j: 1799            7232.4k   7232k
    p: 1825          7232.4k   7232k     36k         archivist.cm
  j: 1927             660.4k    660k
    p: 1955           660.4k    660k     36k         base-resolver.cm
  j: 2072            1016.4k   1016k
    p: 2088          1016.4k   1016k     36k         driver_manager.cm
  j: 2239             348.4k    348k
    p: 2252           348.4k    348k     36k         device-name-provider.cm
  j: 2364             275.3M  275.3M
    p: 2380          1012.4k   1012k     36k         fshost.cm
    p: 6544           252.1M  252.1M     36k         /pkg/bin/blobfs
    p: 10205         9744.4k   9744k     36k         /pkg/bin/minfs
    p: 10475           12.8M   12.8M     36k         pkgfs

我們先著重於輸出結果中的兩個資料欄:

  • TASK:指出每個項目是工作 (j) 或程序 (p),後面會附上專屬 ID。
  • NAME:提供系統正在執行的部分的詳細資訊。

讓我們根據目前的討論內容,來分析一些有趣的內容:

  1. 每個程序都會連結到父項工作。有些工作有多個程序。
  2. 所有工作都會追溯至 root 工作,做為最終父項,形成樹狀結構。
  3. 在啟動期間,系統會直接在 root 工作中啟動數個程序。大部分其他程序會在各自的父項工作下啟動。
  4. 初始啟動工作完成後,許多項目都會加上 .cm 擴充功能。這些是「元件」,您稍後將進一步瞭解。
  5. 其中部分元件是核心服務,例如檔案系統 (fshost.cm) 和驅動程式 (driver_manager.cm),這些元件位於使用者空間,與核心分開。

接下來,我們將探討 Zircon 如何啟用 Fuchsia 安全性模型的基本功能。