Linux系统调用及其效率

操作系统相关概念：

操作系统---管理计算机硬件与软件资源的软件，是用户与系统操作交互的接口，为在它上面运行的程序提供服务。

操作系统内核 ----操作系统的核心。负责管理系统的进程、内核、设备驱动程序。文件和网络系统，一套内核不是一套完整的操作系统，如Linux。

Linux操作系统---基于Linux内核的操作系统，通常由Linux内核、Shell、文件系统和应用程序。常见的有RetHat 、Fedora 、Centos 、Ubuntu和Andriod。

Linux的运行空间：

Linux的运行空间 = 内核空间 + 用户空间

内核空间 ---存放的是整个内核代码和所有内核模块，以及内核所维护的数据。

用户空间---用户程序的代码和数据。

什么是系统调用？

操作系统提供给用户程序调用的系统服务(硬件设备)的一组特殊的接口。

系统调用可以被看成是一个内核与用户空间程序交互的接口——他好比一个信使，把用户进程的请求传达给内核，

待内核将请求处理完毕后，再将处理的结果送回给用户空间。

系统调用的必要性:

1)把用户从底层的硬件编程中解放出来

　　与具体的硬件完全隔离，用户不需要面向具体的硬件编码，降低了开发的发杂性和难度。

2）极大的提高了系统的安全性与稳定性

　　将用户进程隔离，实现内核“保护”，用户进程不允许访问数据，也无法使用内核函数，用户访问内核的路径是事先定义好的，

只能从规定位置进入内核，而不准肆意跳入内核，有了这样限于内核的统一访问方式才能保证内核的安全无误。

3）使用户程序具有可移植性

　　不同平台，不同硬件。略略略。

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系统调用的实现：

简单的来讲，系统调用实现所依靠的是软件中断。那么何为软件中断？

　　软件中断——他是通过软件指令触发的中断，Linux系统内核响应软件中断，从用户态切换到内核态执相应的系统调用。中断是

指计算机运行过程中，出现某些意外情况需要主机干预时，机器能够自动停止处理正在运行的程序并转入处理新情况的程序，处理完

毕后，有转回被暂停的程序继续执行。

系统调用控制程序执行软件中断的过程如下：

　　1）在进程的内核态堆栈中保存大多数寄存器的内容（即保存恢复进程到用户态执行所需要的上下文）

　　2）根据用户态传递的系统调用号，确定系统调用的执行程序

　　3）调用相应的执行程序来处理系统调用

　　4）从系统调用返回（恢复用户空间的程序运行）

前面提到了系统调用号，系统调用号是什么呢？

系统调用号——每一个系统调用被赋予一个系统调用号，与具体的系统调用相关联。

系统调用表——内核维护系统调用表，保存系统调用函数的起始地址，系统调用号对应系统在系统调用中的偏移量。

执行系统调用的方法：

一）glibc库函数——glibc是Linux下使用的开源标准C库，他是GUN发布的libc,即运行时库。

　　1）每个特定的系统调用对应至少一个glibc封装的库函数

　　2）多个API有可能只对应同一个系统调用

　　3）返回值-1在多数情况下表示内核不能满足进程的请求

　　4）Libc中定义的errno变量包含特定的出错码

　　GLIB库函数实例

　　

二）syscall调用——glibc提供的syscall函数直接调用。

函数原型：long int syscall(long int sysno, ...)

传参说明：sysno是系统调用号，唯一标识系统调用号，详见sys/syscall.h

　　　　　...为剩余可变长的参数，为系统调用所带的参数，根据系统调用的不同，可带0~5个不等的参数，

　　　　　如果超过特定系统调用所能带的参数，多余的参数被忽略。

返回值：该函数返回值为特定系统调用的返回值，在系统调用成功之后你可以将返回值转化为特定的类型，

　　　　 如果系统调用失败则返回-1，错误代码存放在errno中。

　　Syscall调用实例

　　

Glibc调用与Syscall调用的对比

-----------------------如何高效的执行Linux系统调用---------------------------

系统调用会影响效率？

频繁使用底层的系统调用会影响程序的执行效率！why? ——罪魁祸首—用户态和内核态的切换。

　　1）保存用户进程现场

　　2）合法性检查（如内存）

　　3）参数传递

　　4）恢复现场

　　

如何避免系统调用时的效率问题？

　　1）多调用GLIBC库，如果GLIBC库中能找到，就毫不犹豫的使用它。

　　2）尽可能少调用系统接口，能一次搞定的避免多次。