(三)系统调用

(三)系统调用

1. 概念: 操作系统对上提供服务的接口

2. 程序调用与系统调用的不同之处？

3. 开销？

一、标准C库的例子

• 应用程序调用printf()时，会触发系统调用write()(实现在内核)。

二、系统调用

• 操作系统服务的编程接口

• 通常由高级语言编写(C或者C++)

• 程序访问通常是通过高层次的API接口而不是直接进行系统调用

• 三种最常用的应用程序编程接口(API)

  • Win32 API 用于WIndows

  • POSIX API 用于POSIX-based systems(包括UNIX，LINUX，Mac OS X)

  • Java API 用于java虚拟机(JVM)

三、系统调用的实现

• 每个系统调用对应一个系统调用号

  • 系统调用接口根据 系统调用号 来维护表的索引

• 系统调用 接口 调用内核态中的系统调用功能实现，并返回系统调用的状态和结果

• 用户不需要知道系统调用的实现

  • 需要设置 调用参数 和 获取返回结果

  • 操作系统接口的细节大部分都隐藏在应用编程接口后

    • 通过运行程序支持的库来管理

• 系统调用

  • INT 和 IRET 指令 用于系统调用

    • 系统调用时，堆栈切换 和 特权级 的 转换

    • 为了保护内核的实现，这里内核和用户态的应用程序之间使用不同堆栈，所以这里用一个堆栈切换,切换之后由于处于内核态，可以使用特权指令，可以直接对设备进行控制。

• 函数调用

  为了调用一个函数需要把参数压到堆栈里，转到相应的函数去执行，执行时从堆栈里获取我的参数信息执行，执行返回的结果放在那里,再返回回来。上面函数调用里知道我相关的返回结果，然后用这个结果继续向下执行。

  • CALL 和 RET 用于常规调用

    • 常规调用 时没有 堆栈切换

四、中断、异常和系统调用的开销

系统调用比函数调用更安全,但是开销大(由于有一个用户态到内核态的切换)

• 超过函数调用

• 开销

  • 引导机制

  • 建立内核堆栈

  • 验证参数

  • 内核态映射到用户态的地址空间

    内核需要访问到用户态的一些信息，这些映射会导致缓存会有变化

    • 更新页面映射权限

  • 内核态独立地址空间

  • TLB(其中内容会失效)

 【1】源自《学堂在线》-清华大学 向勇, 操作系统