什么是系统调用？

01、 系统调用是什么

系统内核通过包装一些能够实现特定功能的特殊硬件指令和硬件状态，即为内核函数，通过一组称为系统调用（system call)的接口呈现给用户，为系统调用而封装出来的API也达数百个。

为了保护设备，操作系统不可能让所有的程序都能轻松地访问到任何的文件，因此进程在系统上的运行分为2个级别：

（1） 用户态（user mode）：用户态运行的进程可以直接读取用户程序的数据；

（2） 系统态（kernel mode）：系统态运行的程序可以访问计算机的任何资源，不受限制；诸如一些修改寄存器内容的命令，比如次磁盘的IO操作、访问物理页内存、访问网络上的数据包

平常我们的进程几乎都是用户态，读取用户数据，当涉及到系统级别资源的操作（例如文件管理、进程控制、内存管理等）的时候，就要用到系统调用了。

02、 系统调用过程

• 当系统发起调用时通常通过一个称为陷阱（trap）的特殊硬件指令，硬件将控制转移到预先指定的陷阱处理程序（trap
  handler）（即预先设置的操作系统），并同时将特权级别提升到内核模式（kernel mode）。
• 在内核模式下，操作系统可以完全访问系统的硬件，因此可以执行诸如发起I/O请求或为程序提供更多内存等功能。
• 当操作系统完成请求的服务时，它通过特殊的陷阱返回（return-from-trap）指令将控制权交还给用户，该指令返回到用户模式，同时将控制权交还给应用程序，回到应用离开的地方。

03、 系统调用举例

• 进程管理
  

• 文件管理
  

• 文件系统和目录管理
  

• 其他
  

04、 用户态到内核态切换途径方式

操作系统一般是通过中断来从用户态切换到内核态的。中断一般有两个属性，一个是中断号，一个是中断处理程序。不同的中断有不同的中断号，每个中断号都对应了一个中断处理程序。在内核中有一个叫中断向量表的数组来映射这个关系。当中断到来时，cpu会暂停正在执行的代码，根据中断号去中断向量表找出对应的中断处理程序并调用。中断处理程序执行完成后，会继续执行之前的代码。

中断分为硬件中断和软件中断，我们这里说的是软件中断，软件中断通常是一条指令，使用这条指令用户可以手动触发某个中断。中断号是有限的，所有不会用一个中断来对应一个系统调用（系统调用有很多）。Linux2.5之前（具体哪个版本不太清楚）下用int 0x80触发所有的系统调用，那如何区分不同的调用呢？对于每个系统调用都有一个系统调用号，在触发中断之前，会将系统调用号放入到一个固定的寄存器，0x80对应的中断处理程序会读取该寄存器的值，然后决定执行哪个系统调用的代码。

0x80指令会让cpu陷入中断，执行对应的0x80中断处理函数。不过在这之前，cpu还需要进行栈切换，即就是ESP寄存器的值所指向的栈。

中断处理程序除了系统调用（0x80）还有如除0异常（0x00）、缺页异常（0x14）等等

主要分为几步：

1.保存各种寄存器

2.根据系统调用号执行对应的系统调用程序，将返回结果存入到eax中

3.恢复各种寄存器

05、 CPU响应中断时间

执行周期结束

用户程序发出磁盘IO请求之后，系统的处理流程是：用户程序-》系统调用处理程序-》设备驱动程序-》中断处理程序。

参考：
https://www.jianshu.com/p/9c62a65b6162
https://blog.csdn.net/OriginalMIxss/article/details/117552649