计算机操作系统-第五天

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1、系统调用

什么是系统调用？有何作用？

系统调用与库函数的区别：

为什么系统调用是必须的？

什么功能要用到系统调用？

系统调用的过程： 

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1、系统调用

什么是系统调用？有何作用？

        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，应用程序可以通过系统调用来请求获得操作系统内核的服务

系统调用与库函数的区别：

不涉及系统调用的库函数：如“取绝对值”的函数

涉及系统调用的库函数：如”创建一个新文件“的函数

下面是具体的内容：

系统调用（System Call）和库函数（Library Function）是在编程中常见的两个概念，它们有以下区别：

1. 定义和实现：系统调用是操作系统提供的接口，用于访问操作系统的功能和服务。它们是操作系统内核中的一部分，以底层的方式实现。库函数是由编程语言或第三方库提供的函数，用于执行特定的任务。它们是在用户空间实现的，通常是通过调用系统调用来实现其功能。

2. 访问权限：系统调用提供了对底层操作系统的功能的访问权限，例如文件操作、进程管理、网络通信等。它们通常需要特定的权限和系统级别的访问。库函数提供了更高级别的功能，封装了对底层系统调用的调用，并提供更简洁和易用的接口，供开发者在应用程序中使用。

3. 性能开销：由于系统调用涉及从用户空间切换到内核空间，涉及上下文切换和内核态与用户态之间的切换，因此执行系统调用会有一定的性能开销。相比之下，库函数是在用户空间执行的，通常具有更低的开销。

4. 使用场景：系统调用通常用于访问操作系统底层的功能和服务，例如创建进程、读写文件、网络通信等。库函数则提供了更高级别的功能，如字符串操作、数学计算、图形界面等。开发者可以根据具体需求选择使用系统调用或库函数。

总的来说，系统调用提供了对操作系统底层功能的直接访问，而库函数提供了更高级别、更易用的接口，封装了对系统调用的调用。在编程中，我们可以根据需求选择使用系统调用或库函数，以实现所需的功能。

        那么用户一般什么情况下使用库函数而不使用系统调用？一般什么情况下使用系统调用而不使用库函数呢？

一般情况下，开发者更倾向于使用库函数而不直接使用系统调用，原因如下：

1. 方便性和易用性：库函数提供了更高级别、更易用的接口，封装了对系统调用的调用。使用库函数可以简化开发过程，减少编码量，并提供更友好的编程接口。

2. 跨平台兼容性：库函数通常是跨平台的，可以在不同的操作系统上使用，而系统调用的接口和语法可能因操作系统的不同而有所差异。使用库函数可以提高代码的可移植性。

3. 性能优化：库函数通常会进行一些优化，以提高执行效率。库函数的实现可能会使用一些算法和技巧，以减少系统调用的次数或提高系统调用的效率。

然而，有些情况下，开发者可能需要直接使用系统调用，例如：

1. 需要底层功能：某些特定的功能可能只能通过系统调用来实现，例如底层的文件操作、进程管理、网络通信等。在这种情况下，直接使用系统调用可以获得更精确的控制和更底层的功能。

2. 对性能要求较高：在某些性能敏感的场景下，直接使用系统调用可以避免库函数的额外开销和封装，从而提高执行效率。

3. 定制需求：某些特定的需求可能无法通过库函数满足，需要直接调用系统调用来实现定制化的功能。

需要注意的是，直接使用系统调用需要对操作系统的接口和语法有一定的了解，并需要处理底层的细节和错误处理。因此，在一般情况下，使用库函数是更为常见和推荐的做法。只有在特定的需求和场景下，才需要直接使用系统调用。

为什么系统调用是必须的？

去学校打印店打印论文，你按下了WPS的打印选项，打印机开始工作；当你的论文打印到一半时，另一位同学按下了Word的打印按钮开始打印自己的论文。

如果两个进程可以随意地，并发地共享打印机资源，会发生什么情况？

两个进程并发运行，打印机设备交替地接收到WPS和Word两个进程发来的请求，结果两篇论文论文地内容混杂在一起了......

解决办法：由操作系统内核对共享资源进行统一的管理，并向上提供”系统调用”，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内核发出请求，内核才会对各个请求进行协调处理。

什么功能要用到系统调用？

应用程序通过系统调用请求操作系统的服务，而系统中的各种共享资源都由操作系统内核统一管理，因此凡是与共享资源有关的操作（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内核提出服务请求，由操作系统内核代为完成，这样就可以保证系统的稳定性和安全性，防止用户进行非法操作。

系统调用的过程： 

 总结就是：应用程序先发出请求：多个传参指令（让cpu知道我用cpu干什么）+陷入指令（让cpu进入内核态），进入内核态后：系统调用程序通过之前的指令，调用相应的服务，服务完成，转回用户态

注意事项：

1、陷入指令是在用户态执行的，执行陷入指令后立即引发一个内中断，使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

本节思维导图：

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