操作系统概念学习笔记 6 系统调用

操作系统概念学习笔记 6

系统调用

系统调用

系统调用(system call)，通常用c或c++编写，对底层任务(如需直接访问硬件)可能以汇编语言指令的形式提供。

一个系统调用的例子：

编写一个从一个文件读取数据并复制到另一个文件的简单程序，则需要以下系统调用序列：

获取输入文件名：

屏幕输入提示

接收输入

获取输出文件名：

屏幕输入提示

接收输入

打开输入文件：

如果文件不存在，放弃

loop：

读取输入文件

写入输出文件

直到读取失败

关闭输出文件

将完成信息输出到屏幕

正常结束

然而， 一般程序开发人员根据应用程序接口(API)设计程序，有三种常用的API：

1.适用于windows系统的win32　API

2.适用于POSIX系统的POSIX API（包括UNIX、Linux 和Mac OS X 版本）

3.设计运行于java虚拟机程序的java API

在后台，组成API的函数通常为应用程序员调用实际的系统调用。

向操作系统传递参数有三种方法

最简单的是通过寄存器来传递参数

不过有时参数数量会比寄存器多。这时，这些参数通常存在内存的块和表中，并将块的地址通过寄存器来传递。linux采用这样的方法。

参数还可压入堆栈中，并通过操作系统弹出。

系统调用类型

系统调用大致可分五类：进程控制、文件管理、、设备管理、信息维护、通信。

进程控制

结束，放弃

装入执行

创建进程，终止进程

取得进程属性，设置进程属性

等待时间

等待事件，唤醒事件

分配与释放内存

文件管理

创建文件，删除文件

打开，关闭

读，写，重定位

取得文件属性，设置文件属性

设备管理

请求设备，释放设备

读，写，重定位

取得设备属性，设置设备属性

逻辑连接或断开设备

信息维护

读取时间和日期，设置时间或日期

读取系统数据，设置系统数据

读取进程，文件或设备属性

设置进程，文件或这杯属性

通信

创建，删除通信系统

发送，接受消息

传递状态消息

链接或者断开远程设备

进程控制

运行程序需要能正常或非正常地中断其执行（end或abort）

如果一个系统调用被用来非正常的中断执行程序，或者程序运行碰到问题引起错误陷阱，那么可能会有内存信息转储并产生一个错误信息。内存信息转储通常写到磁盘上，并被调试器（帮助程序员发现和检查错误的系统程序）检查和确定问题原因。操作系统必须将控制权转交给命令解释器。命令解释器紧接着读取下一个命令。

对于交互系统：

命令解释器简单的读取下一个命令，因为假定用户会采取合适的命令处理错误

对于GUI系统：

一个弹出窗口提醒错误并提个建议

对于批处理系统：

命令解释器终止整个作业并继续下一个作业。出现错误时，有的系统允许控制卡指出一个具体的恢复动作。控制卡是一个批处理概念，他是一个管理进程执行的命令。可定义一个错误级别。更加严重的错误可用更高级的错误参数来表示。命令解释器和下一个程序能利用错误级别自动决定下一个动作。

执行一个程序或作业可能需要装入另一个程序。这一点允许命令解释器来执行一个程序，该命令可通过用户命令，鼠标单机和批处理命令来表示。当装入程序终止时：

如果新程序终止时控制权返回到现有程序，那么必须保存现有程序的内存映像。因此，实际上建立一个机制以便一个程序调用另一个程序。如果两个程序并发继续，那么创建了一个新作业和进程以便多道执行。有的系统调用专门用于这一目的（create process 或 submit job）

如果创建新作业和进程，那么应该能够控制他的执行。这种控制要求能决定和重置进程或作业的属性，包括优先级、最大允许执行时间等。必要时也要能终止它。

另一组系统调用有助于调试程序，许多系统提供转储内存信息的系统调用，这有助于调试程序，程序trace在执行时能列出所用的每条执行的指令，但是只有少数几类系统提供。

许多操作系统提供时间表来表示一个程序在某个位置执行的时间。时间表要求具有跟踪功能或定时　时间中断。每次定时中断，会记录计数器的值。

文件管理

常用的文件管理系统调用：

首先能创建和删除文件。每个系统调用需要文件名，可能还会需要一些文件属性。创建文件滞后，就需要打开并使用，也可能需要读，写，重定位，最后需要关闭文件。

使用目录来组织文件系统中的文件，目录也需要相同的操作。

另外，还至少需要读取文件属性和设置文件属性，有的操作系统提供更多调用，如文件移动和复制。

其余的，一部分可能提供采用代码或系统调用完成这些操作的API，另一部分可能仅提供完成这些任务的系统程序。

如果系统程序被其他程序所调用，则其中每一个军可以被其他系统调用视为一个API

设备管理

程序在执行时需要用到一些资源才能继续运行，否则，程序必须等待可用的足够多的资源。

操作系统控制的不同资源可当做设备看待，这些设备有些是物理设备（磁带），而其他可当做抽象或虚拟的设备（如文件）。如果系统有多个用户，那么用户必须请求设备以确保能独自使用它。在使用完设备之后，用户需要释放它。

一旦请求了设备（并且得到设备之后），就能如同对待文件一样对设备进行读，写，重定位。I/O与文件非常相似，以至于许多操作系统（如UNIX）将这两者合并为文件-设备结构。

信息维护

许多系统调用用来在用户程序和操作系统间传递信息，调用返回的信息可能是系统版本、空闲内存、进程信息等

另外，操作系统维护所有进程的信息，有些操作系统调用可访问这些信息。

通信

有两种模型：

消息传递模型和共享内存模型。

对于消息传递模型，通信进程彼此交换消息来交换信息。

对于共享内存模型，进程使用 shared memory create 和 shared memory attach系统调用来获得其他进程所拥有的内存区域的访问权。

系统程序

计算机的逻辑层次中，最底层是硬件，上面是操作系统，接着是系统程序，最后是应用程序。

系统程序提供了一个方便的环境，以开发程序和执行程序。其中一小部分指示系统调用的简单接口没其他可能是相当复杂的。

它们可分为：

文件管理、状态信息、文件修改、程序语言支持、程序装入和执行、通信。