每天3分钟操作系统修炼秘籍(5):系统调用

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操作系统的服务端口:系统调用

用户进程工作在用户态,它是受限的,很多涉及到硬件的操作都无法执行,但是它们又想要取得结果,就只能请求工作在内核态的操作系统帮助完成这些操作,并将操作结果交给用户进程。

系统调用(system call)就是操作系统提供给用户进程请求操作系统做一些特权操作的接口,即为用户进程提供服务的窗口。在Linux下可以通过man syscalls命令查看Linux提供的所有系统调用。

理解系统调用其实很简单,比如有一个程序想要读取a.log文件(例如head -n 1 a.log),读取之前必须先打开文件,但是用户进程是没有权限打开文件的,所以用户进程只能发送一个open()的系统调用请求操作系统去帮忙打开这个文件,操作系统打开这个文件后会将打开的结果——文件描述符交给用户进程,用户进程通过这个文件描述符就能去操作这个文件。再进一步,用户进程想要从这个打开的文件中读取一行数据,用户进程是没有权限读取文件的,只能发送一个read()系统调用请求操作系统去读取这一行数据,操作系统读取这行数据后就能交给用户进程。

不难发现,系统调用open()和read()都像是函数。其实它们确实都是函数,只不过是比较特殊的由操作系统提供的,一般是由汇编语言编写或参杂了部分汇编代码,因为它们要和硬件交互。

每天3分钟操作系统修炼秘籍(5):系统调用_第1张图片

对于非C程序,其实本质还是一样的。比如CPython,也有open()函数,它是对C库函数open()的再次封装。所以,在Python程序中调用open()方法打开文件,其实是调用C库的open()函数,再通过open()库函数发起系统调用请求操作系统打开文件,并将结果交给Python程序。

最后,结合前面介绍的中断概念,描述下发起系统调用后的主要过程:

  1. 发起系统调用,请求操作系统帮忙执行某些操作,这会产生软中断;
  2. 软中断导致陷入内核,CPU控制权交给操作系统,操作系统处理中断,即执行被请求的操作;
  3. 如果一切正常,操作系统在完成操作后会恢复到断点处继续向下执行,这会回到用户态;
  4. 用户进程取得操作系统操作的成果,继续向下执行。

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