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    什么是系统调用?

    Linux内核中设置了一组用于实现各种系统功能的子程序,称为系统调用。用户可以通过系统调用命令在自己的应用程序中调用它们。从某种角度来看,系统调用和普通的函数调用非常相似。区别仅仅在于,系统调用由操作系统核心提供,运行于核心态;而普通的函数调用由函数库或用户自己提供,运行于用户态。

    随Linux核心还提供了一些C语言函数库,这些库对系统调用进行了一些包装和扩展,因为这些库函数与系统调用的关系非常紧密,所以习惯上把这些函数也称为系统调用。

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  • 系统调用

    2019-04-30 13:38:08
    本文主要简单的说明什么是系统调用,以及系统调用是如何实现的。

    作者:爱写程序的阿波张

    公众号:go语言核心编程技术

     

    本文是《go调度器源代码情景分析》系列 第一章 预备知识的第7小节。

     

    我们将在最后一章讨论goroutine的有关系统调用方面的抢占调度,所以这里先对系统调用做个基本的介绍。

    系统调用是指使用类似函数调用的方式调用操作系统提供的API。

    虽然从概念上来说系统调用和函数调用差不多,但本质上它们有很大的不同,操作系统的代码位于内核地址空间,而CPU在执行用户代码时特权等级很低,无权访问需要最高优先级才能访问的内核地址空间的代码和数据,所以不能通过简单的call指令直接调用操作系统提供的函数,而需要使用特殊的指令进入操作系统内核完成指定的功能。

    另外,用户代码调用操作系统API也不是根据函数名直接调用,而是需要根据操作系统为每个API提供的一个整型编号来调用,AMD64 Linux平台约定在进行系统调用时使用rax寄存器存放系统调用编号,同时约定使用rdi, rsi, rdx, r10, r8和r9来传递前6个系统调用参数。

    可能有读者会说,我们平时编程也没有用到系统调用啊?!其实并不是没有用到,而是我们没有感觉到它的存在,比如最简单的向屏幕输出字符串,打开文件,读写文件以及网络编程中的创建socket等等都使用了系统调用,我们没有感觉到系统调用的存在主要是因为我们使用的函数库或package把它们封装成了函数,我们只需要直接调用这些函数就可以了。比如有下面一段go代码:

    package main
    
    import(
            "os"
    )
    
    funcmain() {
            fd, err:=os.Open("./syscall.go")  // 将会使用系统调用打开文件
            ......
            fd.Close()  // 将会使用系统调用关闭文件
    }

    这里的os.Open()和fd.Close()函数最终都会通过系统调用进入操作系统内核完成相应的功能。以os.Open为例,在Go语言的实现中它最终会执行下面这段汇编代码来通过openat系统调用打开文件:

    mov   0x10(%rsp),%rdi #第1个参数
    mov   0x18(%rsp),%rsi #第2个参数
    mov   0x20(%rsp),%rdx #第3个参数
    mov   0x28(%rsp),%r10 #第4个参数
    mov   0x30(%rsp),%r8  #第5个参数
    mov   0x38(%rsp),%r9  #第6个参数
    mov   0x8(%rsp),%rax  #系统调用编号 rax = 267,表示调用openat系统调用
    syscall               #系统调用指令,进入Linux内核

    这里,代码首先把6个参数(openat系统调用其实没有这么多参数,这是Go的底层实现,内核并不会使用多余无用的参数)以及openat这个系统调用的编号267保存在了对应的寄存器中,然后使用syscall指令进入内核执行打开文件的功能。

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  • 在计算机中,系统调用(英语:system call),又称为系统呼叫,指运行在使用者空间的程序向 操作系统内核请求需要更高权限运行的服务。系统调用提供了用户程序与操作系统之间的接口( 即系统调用是用户程序和内核...

    参考回答:

    1)概念:

    在计算机中,系统调用(英语:system call),又称为系统呼叫,指运行在使用者空间的程序向
    操作系统内核请求需要更高权限运行的服务。系统调用提供了用户程序与操作系统之间的接口(
    即系统调用是用户程序和内核交互的接口)。
    
    操作系统中的状态分为管态(核心态)和目态(用户态)。大多数系统交互式操作需求在内核态
    执行。如设备IO操作或者进程间通信。特权指令:一类只能在核心态下运行而不能在用户态下运
    行的特殊指令。不同的操作系统特权指令会有所差异,但是一般来说主要是和硬件相关的一些指
    令。用户程序只在用户态下运行,有时需要访问系统核心功能,这时通过系统调用接口使用系统
    调用。
    
    应用程序有时会需要一些危险的、权限很高的指令,如果把这些权限放心地交给用户程序是很危
    险的(比如一个进程可能修改另一个进程的内存区,导致其不能运行),但是又不能完全不给这些
    权限。于是有了系统调用,危险的指令被包装成系统调用,用户程序只能调用而无权自己运行那
    些危险的指令。另外,计算机硬件的资源是有限的,为了更好的管理这些资源,所有的资源都由
    操作系统控制,进程只能向操作系统请求这些资源。操作系统是这些资源的唯一入口,这个入口
    就是系统调用。
    

    2)系统调用举例:

    对文件进行写操作,程序向打开的文件写入字符串“hello world”,open和write都是系统调用。如下:
    
    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<string.h>
    #include<errno.h>
    #include<unistd.h>
    #include<sys/types.h>
    #include<sys/stat.h>
    #include<fcntl.h>
    int main(int argc, char *argv[])
    {
        if (argc<2)
            return 0;
        //用读写追加方式打开一个已经存在的文件
        int fd = open(argv[1], O_RDWR | O_APPEND);
        if (fd == -1)
        {
            printf("error is %s\n", strerror(errno));
        }
        else
        {
            //打印文件描述符号
            printf("success fd = %d\n", fd);
            char buf[100];
            memset(buf, 0, sizeof(buf));
            strcpy(buf, "hello world\n");
            write(fd, buf, strlen(buf));
            close(fd);
        }
        return 0;
    }
    还有写数据write,创建进程fork,vfork等都是系统调用。
    
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  • 操作系统的系统调用

    千次阅读 2020-08-24 14:05:59
    系统调用:操作系统的接口是连接应用软件与操作系统的中间桥梁。接口在程序设计中表现的形式就是:函数。操作系统提供的函数就被称为系统调用(system call)。这里有个标准POSIX(Portable Operating System ...

    首先,有一个概念叫做接口。抽象而言的接口是连接两个东西的中间物。接口的好处是屏蔽了连接起来的实际细节。我们只关心接口如何使用。

    系统调用:操作系统的接口是连接应用软件与操作系统的中间桥梁。接口在程序设计中表现的形式就是:函数。操作系统提供的函数就被称为系统调用(system call)。这里有个标准POSIX(Portable Operating System Interface of UNIX,缩写为 POSIX ),它定义了操作系统应该为应用程序所提供的标准接口。Linux和Unix等系统遵守这个标准。

    系统调用的实现:系统调用的存在给用户提供了接口,阻止了用户恶意访问操作系统的数据。系统调用也给用户访问内核提供了唯一的途径。计算机硬件的设计解决了这个问题的具体实现。它将内核程序和用户程序隔离。内核程序处于内核态,用户程序处于用户态。Intel的X86CPU使用CS寄存器的最低两位来表示:0是内核态,1和2是OS服务,3是用户态。我们把CS的最低的两位叫做CPL,它代表了当前程序的级别。DPL是调用目标段的代码级别。只有当DPL≥CPL时,才能访问。在系统初始化的时候,把操作系统相关的GDT表中的DPL设置为0,把用户态设置为3。

    对于Intel X86而言,它进入内核的方式是中断指令int。因此进入内核的方式就是用户函数包含一段int指令的代码。这段代码将会导致操作系统中断,然后获取到想调用的程序的编号。OS根据这个编号来执行相应的代码。int这个指令将DPL更改为3,使得CPL == DPL。这样就进入了内核,然后将CPL设为0,等执行完后,在把CPL=3,返回用户态。系统调用实现的细节是这样的,它在代码中嵌入了一段汇编代码,这段代码中最重要的是int 0x80指令。这将会启动系统调用。当然我们还有系统调用号。 int指令在IDT表中查找系统调用的入口。这样就实现了系统调用。

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