系统调用的概念和作用

一、什么是系统调用，有何作用

1.概念

用户接口

命令接口-允许用户直接使用

程序接口-允许用户通过程序间接使用：由一组系统调用组成

系统调用

“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。会使处理器从用户态进入核心态

2.作用

生活场景:你去学校打印店打印论文，当你按下“打印”之后，打印机开始工作。你的论文打印到一半时，另一位同学按下了“打印”按钮开始打印他自己的论文。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。

思考:如果各个进程可以随意地使用打印机，会发生什么情况?

你的论文打印到一半时，另一位同学按下了“打印”按钮开始打印他自己的论文。结果，你的后半部分论文与该同学的页面混杂在一起了。

解决方法:

操作系统提供“系统调用”功能，用户进程想要使用打印机这种共享资源，只能通过系统调用向操作系统发出请求。操作系统会对各个请求进行协调管理。

3.系统调用的分类

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(如存储分配、I/O操作、文件管理等），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。

具体分类-按功能分类：

1.设备管理：完成设备的请求/释放/启动等功能

2.文件管理：完成文件的读/写/创建/删除等功能

3.进程控制：完成进程的创建/撤销/阻塞/唤醒等功能

4.进程通信：完成进程之间的消息传递/信号传递等功能

5.内存管理：完成内存的分配/回收等功能

注意：

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进行

二、系统调用和库函数的区别

操作系统向编程语言提供系统调用

编程语言向普通应用程序提供库函数，有时会将系统调用封装成库函数，以隐藏系统调用的一些细节，使上层进行系统调用更加方便

普通应用程序可以直接进行系统调用，也可以使用库函数，有的库函数涉及到系统调用，有的不涉及

不涉及系统调用的库函数:如“取绝对值”的函数——abs()

涉及系统调用的库函数:如“创建一个新文件”的函数——用到文件管理

三、系统调用背后的过程

高级语言——编译——汇编语言

使用库函数write("abc");该库函数内部封装了系统调用的复杂细节

转换为汇编指令-运行在用户态：

前期处理相关指令

movl指令将（“abc"）作为系统调用参数放到某个通用寄存器中

int x指令( trap/陷入/访管指令)——int是interrupt，参数x指明了系统调用号，可以操作系统知道该执行什么操作

后续处理相关指令

处理系统调用的相关代码(运行在核心态）

1.具体过程

传递系统调用参数→执行陷入指令（在用户态下执行这个指令）→执行系统调用相应服务程序（转到核心态）→返回用户程序

注意:

1.陷入指令是在用户态执行的，执行陷入指令之后立即引发一个内中断，从而CPU进入核心态

2.发出系统调用请求是在用户态，而对系统调用的相应处理在核心态下进行

3.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