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 4 / 7

内核检查参数,然后代办

内核不信任程序传来的任何东西,先检查再干活。

内核先确认请求合理:这个文件描述符你打开过吗?你给的内存地址真的属于你吗? 不合法就返回错误(比如 EBADF、EFAULT),而不是让整个系统崩溃,这和后端从不信任前端参数是同一个道理。 检查通过后,内核才通过驱动把文字交给终端。

程序
内核
硬件
程序
内核
硬件(终端)
输出文字
事件日志(4)
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
内核态检查参数,通过后驱动硬件完成输出