了解linux下的系统调用

        计算机系统的各种硬件资源是有限的，在现代多任务操作系统上同时运行的多个进程都需要访问这些资源，为了更好的管理这些资源进程是不允许直接操作的，所有对这些资源的访问都必须有操作系统控制。也就是说操作系统是使用这些资源的唯一入口，而这个入口就是操作系统提供的系统调用。

        系统调用是属于操作系统内核的一部分的，必须以某种方式提供给进程让它们去调用。CPU有着不同的运行级别，在这里操作系统也有着运行级别：用户态和内核态。

        通俗的来讲进程处于内核态时就是“boss”，这时他可以随心所欲的使用和“霸占”各种资源。

        相对来讲用户态就是“下属”，处于该级别的进程的操作限制多优先级明显低。

        Linux下常见系统调用

         fork       open        read        write        close等

       

        标准I/O库

        fopen     fread       fwrite       fclose       ffflush等

标准IO库中预定义了三个流

stdin 标准输入

stdout 标准输出

stderr 标准错误

它们引用的文件和STDIN_FILENO, STDOUT_FILENO, STDERR_FILENO指向的文件相同

       标准IO库通过调用read/write系统调用来实现真正的IO。

Linux下系统调用的实现

        Linux下的系统调用是通过0x80实现的，但是我们知道操作系统会有多个系统调用（Linux下有319个系统调用），而对于同一个中断号是如何处理多个不同的系统调用的？最简单的方式是对于不同的系统调用采用不同的中断号，但是中断号明显是一种稀缺资源，Linux显然不会这么做；还有一个问题就是系统调用是需要提供参数，并且具有返回值的，这些参数又是怎么传递的？也就是说，对于系统调用我们要搞清楚两点：

        1. 系统调用的函数名称转换。

        2. 系统调用的参数传递。

        首先看第一个问题。实际上，Linux中处理系统调用的方式与中断类似。每个系统调用都有相应的系统调用号作为唯一的标识，内核维护一张系统调用表，表中的元素是系统调用函数的起始地址，而系统调用号就是系统调用在调用表的偏移量。在进行系统调用是只要指定对应的系统调用号，就可以明确的要调用哪个系统调用，这就完成了系统调用的函数名称的转换。

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    2  

       

       

              假如Linux中open的调用号是5

               Linux中是通过寄存器%eax传递系统调用号，所以具体调用open的过程是：将5存入%eax中，然后进行系统调用sys_open

               完成操作。

               

              对于参数传递，Linux是通过寄存器完成的。

              Linux最多允许向系统调用传递6个参数，分别依次由%ebx，%ecx，%edx，%esi，%edi和%ebp这个6个寄存器完成。

               

               如上图2所示，Linux中，在用户态和内核态运行的进程使用的栈（空间）是不同的，分别叫做用户空间和内核空间，两者各自负责相应特权级别状态下 的函数调用。当进行系统调用时，进程不仅要从用户态切换到内核态，同时也要完成空间切换，这样处于内核态的系统调用才能在内核空间上完成调用。系统调用返回时，还要切换回用户空间，继续完成用户态下的函数调用。

           系统调用很耗时耗资源原因在于俩点：

          

          第一，系统调用通过中断实现，需要完成栈切换。

          第二，使用寄存器传参，这需要额外的保存和恢复的过程。