系统调用的概述

相关概念

操作系统

管理计算机硬件与软件资源的软件，是用户与系统交互的操作接口，为它上面运行的程序提供服务。

操作系统内核

操作系统的核心。负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统。一个内核不是一套完整的操作系统，如Linux。

Linux操作系统

基于Linux 内核的操作系统。通常由Linux内核、shell（特殊的应用程序，提供运行其他程序的接口）、文件系统和应用程序。常见的
有Redhat、Fedora、Centos、Ubuntu和 Android等。

Linux 的运行空间

Linux 的运行空间 = 内核空间 + 用户空间

内核空间 － 存放的是整个内核代码和所有内核模块，以及内核所维护的数据。
用户空间 － 用户程序的代码和数据

系统调用

什么是系统调用

操作系统提供给用户程序调用系统服务（硬件设备）的一组“特殊”接口

系统调用可被看成是一个内核与用户空间程序交互的接口——它好比一个信使，把用户进程的请求传达给内核，待内核把请求处理完毕后再将处理结果送回给用户空间。

为什么设置系统调用?

(1)把用户从底层的硬件编程中解放出来
与具体的硬件完全隔离，用户不需要面向具体的硬件编码，降低了开发的复杂性和难度。
(2)极大的提高了系统的安全性
将用户进程隔离实现内核“保护”，用户进程不允许访问内核数据，也无法使用内核函数。用户访问内核的路径是事先规定好的，只能从规定位置进入内核，而不准许肆意跳入内核。有了这样的陷入内核的统一访问路径限制才能保证内核安全无误。
(3)使用户程序具有可移植性
不同平台不同硬件

系统调用实现原理

软件中断： 它是通过软件指令触发的中断。Linux系统内核响应软件中断，从用户态切换到内核态，执行相应的系统调用。
系统调用控制程序执行软件中断的过程如下：

1. 在进程的内核态堆栈中保存大多数寄存器的内容(即保存恢复进程到用户态执行所需要的上下文)

2. 根据用户态传递的系统调用号，确定系统调用的执行程序

3. 调用相应的执行程序来处理系统调用

4. 从系统调用返回

两个关键要素:

系统调用号:
每个系统调用被赋予一个系统调用号，与具体的系统调用相关联。

系统调用表：
内核维护系统调用表，保存系统调用函数的起始地址，系统调用号对应系统调用在调用表中的偏移量。

执行系统调用的方法

两种常见的系统调用方法
glibc库函数:
glibc 是 Linux 下使用的开源的标准 C 库，它是 GNU 发布的 libc 库，即运行时库。

syscall调用:
glibc 提供的syscall 函数直接调用

glibc库函数

Glibc 实现操作系统提供的系统服务，即系统调用的封装。

• 每个特定的系统调用对应了至少一个 glibc 封装的库函数

• 多个 API 也可能只对应同一个系统调用

• 返回值-1在多数情况下表示内核不能满足进程的请求

• Libc中定义的errno变量包含特定的出错码

案例

#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
        int rc;

        rc = chmod("./test.txt", S_IWUSR | S_IWGRP | S_IWOTH );
        if (rc == -1)
                fprintf(stderr, "chmod failed, errno = %d\n", errno);
        else
                printf("chmod success!\n");
        return 0;
}

syscall调用

函数原型：

 long int syscall (long int sysno, ...)

传参说明：
sysno :是系统调用号，唯一标识系统调用号，详见 sys/syscall.h

… :为剩余可变长的参数，为系统调用所带的参数，根据系统调用的不同，可带0~5个不等的参数，如果超过特定系统调用能带的参数，多余的参数被忽略。
返回值:
该函数返回值为特定系统调用的返回值，在系统调用成功之后你可以将该返回值转化为特定的类型，如果系统调用失败则返回 -1，错误代码存放在 errno 中。

案例

#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
        int rc;
        rc = syscall(SYS_chmod, "/etc/passwd", S_IROTH | S_IRGRP | S_IRUSR);

        if (rc == -1)
                fprintf(stderr, "chmod failed, errno = %d\n", errno);
        else
                printf("chmod succeess!\n");
        return 0;
}

实现功能与上个案例一样,具体区别如下:

建议
频繁使用底层系统调用会影响程序的执行效率