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1.1.6 系统调用

知识总览

1.1.6.1 系统调用和作用

前面我们在1.1.1.3那里讲过操作系统作为用户和计算机硬件之间的接口，它需要向上提供一些简单易用的服务。主要包括命令接口和程序接口。那时候我们说过程序接口主要是允许用户间接调用。实际上，程序接口由一组系统调用组成。

系统调用是操作系统提供给应用程序（程序员/编程人员）使用的接口，可以理解为一种可供应用程序调用的特殊函数，应用程序可以发出系统调用请求来获得操作系统的服务。

那为什么应用程序要给操作系统发出请求呢，为什么操作系统需要提供给“系统调用”功能呢？

让我们想象一个场景，如果我们去打印店打印论文，当我按下了“打印”之后，打印机开始工作。结果我的论文打印到一半的时候，另外一位同学也按下“打印”，开始打印它自己的论文。最终，你的论文和该同学的论文页面并没有混杂在一起，都是按顺序依次打印的。

那为什么是按顺序依次打印呢？为什么不会乱呢？

体现到我们的操作系统来的话，操作系统就是作为调控的那一部分。在某个时刻多个进程同时向操作系统提出系统调用的请求的时候，操作系统就会对各个请求进行协调管理。

应用程序通过系统调用请求操作系统的服务。系统中的各种共享资源都由操作系统统一掌管，因此在用户程序中，凡是与资源有关的操作，都必须通过系统调用的方式向操作系统提出服务请求，由操作系统代为完成。这样可以保证系统的稳定性和安全性，防止用户进行非法操作。

系统调用可以分为五大类，这里只需要简单的了解，在后面我们会详细地介绍他们。

需要注意的是，系统调用相关处理涉及到对系统资源的管理、对进程的控制，这些功能需要执行一些特权指令才能完成，因此系统调用的相关处理需要在核心态下完成。

1.1.6.2 系统调用和库函数

在上图中，有些库函数涉及系统调用，例如“创建一个新文件”；有些库函数则不涉及系统调用，例如“取绝对值”。

1.1.6.3 系统调用背后的过程

在我们用高级语言编写的代码中，若有关于系统调用的函数，我们假设为write()。那么在高级语言编译后会变成汇编语言，如下图：

也就是说，实际上高级语言中的库函数里面有些库函数拥有系统调用的功能，此刻它们虽然看起来很简单，实际上背后蕴含了很多关于系统调用的细节，而高级语言库函数的好用之处在于，它屏蔽了关于底层的细节，给了我们一种系统调用最简单的方式。

这个过程实际上是以下的步骤：

1. 首先由传递系统调用参数
2. 执行陷入指令（用户态）
3. 执行系统调用相应服务程序（核心态）
4. 返回用户程序

这里有几个需要注意的点是：

• 陷入指令是在用户态执行的，执行陷入指令之后会立即引发一个内中断，从而CPU进入核心态。
• 发出系统调用请求是在核心态，而对系统调用的相应处理在核心态下进行。
• 陷入指令是唯一一个只能在用户态执行，而不可在核心态执行的指令。

1.1.6.4 小结

• 陷入指令也叫做trap指令/访管指令。