系統調用可以解釋為操作系統為用戶提供的一些接口,這些接口提供了對系統硬件功能的操作。這樣說大家可能還有點抽象,我再舉一個更具體的例子:比如我要寫一個程序,這個程序的功能就是在屏幕上顯示一個字符串“hello,world!”。那么實現這么一個在屏幕上顯示一個字符串的操作就是系統調用write()的功能。
那么系統調用的意義在哪里呢?
你想想看,你寫一個程序還需要自己去實現在屏幕上打印字符串的代碼,這也太累人了吧,,因此系統調用把我們從底層的硬件編程中解放了出來。再者,系統調用是內核代碼,內核代碼能訪問系統上的所有地址空間,而我們執行的代碼是用戶空間的代碼,用戶空間的代碼在對系統進行操作時是有限制的,(作為一個菜鳥程序員,系統如果不對你寫的代碼進行限制,,萬一把系統搞蹦了呢。。)。因此系統調用的另一個功能就是維護了系統的安全性,,你要用就直接調用我這個接口就行了,,不用你自己寫。系統調用還有一個功能就是為了方便程序的移植性。。
總之,你就把系統調用當做一個接口,什么時候你需要使用它了,調用一下它就行了,既方便又安全。。
你可能會有疑問,我們平時在寫C語言時打印一個字符串不是用printf()函數嗎?這個printf()跟前面提到的那個系統調用write()有什么區別呢?問對了。
其實你可以把庫函數當做是對系統調用的又一次封裝。。什么意思呢?系統調用作為內核提供給我們的接口,它的執行效率是比較高效精簡的。但是有時候我們需要對獲取的信息進行更復雜的處理,這個時候如果我們把這些處理過程包裝成一個函數再提供給程序員,不是更方便編程了嗎?因此一個庫函數有可能含有一個系統調用,有可能有好幾個系統調用,當然也有可能沒有系統調用,比如有些操作就不需要涉及內核的功能。
總之,庫函數是面向程序員的應用編程接口。看一下下面這張圖也許更明白了它們之間的關系:


說完了庫函數和系統調用之間的關系,下面我們來看看系統調用到底是怎么運行的。
當一個進程正在運行時,遇到讀寫文件什么的,此時會發生一個中斷,中斷發生后,系統會把當前用戶進程的一些寄存器信息保存在內核堆棧中(以備將來恢復),接着去執行中斷服務程序,我們這里是去執行系統調用,Linux中通過執行int $0x80來執行系統調用的中斷,但是內核實現了很多系統調用,所以進程必須指明需要哪個系統調用,這時候就需要傳遞一個系統調用號。這個系統調用號就存放在%eax寄存器中。
下面我們通過一個例子來說明:我們這里這個程序用來顯示當前的時間。
首先我們通過庫函數來實現:


結果如下:成功獲得當前時間。


接下來我們通過嵌入匯編語言來實現系統調用:


發現沒?首先通過mov $0xd %%eax來將系統調用號放入%eax寄存器中,通過查閱,發現time()的系統調用號是13。這個時候通過執行int $0x80,系統就會去執行time()這個系統調用了。
查看結果:


看,依然能夠獲得系統的時間!
這里涉及的很多知識可能大家都不太看得懂,沒關系,我們后面會詳細介紹!這篇博客的目的是讓大家理解庫函數和系統調用的區別,以及系統調用的大致執行方式。