操作系统

系统调用:程序怎样请内核帮忙

程序不能直接碰硬件,想读写文件、上网、打印,都得通过“系统调用”这扇门请内核代办。

概况

以 Linux(x86-64)上一个程序往终端打印一行字为例。

一句话总结
系统调用是程序进入内核的唯一受控入口
为什么需要
保护硬件和其他程序,不让一个程序为所欲为
两种模式
用户态(权限受限)和内核态(完全权限)
常见系统调用
read、write、openat、clone、execve、mmap
代价
每次进出内核都有开销,所以要尽量批量处理
出错时
返回 -1,原因在 errno(如 ENOENT、EACCES)
vDSO
clock_gettime 等调用通常不进内核
系统调用表
内核按调用号查表,找到对应的处理函数;调用号是 ABI 的一部分,不随便改

步骤 3 / 7

切到内核态

CPU 有两种模式,陷入时从用户态切到内核态。

CPU 自己记着当前是“用户态”还是“内核态”,用户态里很多操作会被硬件直接拦下。 陷入发生时,CPU 记下程序停在哪里,切换到内核态,从内核指定的入口开始执行。 这种切换由硬件保证,程序没法自己把自己变成内核态。

程序
内核
硬件
程序
内核
硬件(终端)
切换到内核态
事件日志(3)
当前状态发生了什么
用户态程序想打印文字,但无权直接操作硬件
用户态程序发起 write 系统调用
用户态 → 内核态CPU 切换模式,内核接手