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系統(tǒng)調(diào)用:計算機(jī)中的“服務(wù)員”

來源: 責(zé)編: 時間:2023-12-01 17:12:34 223觀看
導(dǎo)讀一、什么是系統(tǒng)調(diào)用想象一下,你在一家餐廳就餐,你需要通過服務(wù)員來點(diǎn)菜、支付等。系統(tǒng)調(diào)用就像是這個服務(wù)員,它在軟件和操作系統(tǒng)之間起到了橋梁的作用。當(dāng)軟件需要操作系統(tǒng)提供的某項服務(wù)時,它就像顧客一樣,通過點(diǎn)菜(調(diào)用AP

一、什么是系統(tǒng)調(diào)用

想象一下,你在一家餐廳就餐,你需要通過服務(wù)員來點(diǎn)菜、支付等。系統(tǒng)調(diào)用就像是這個服務(wù)員,它在軟件和操作系統(tǒng)之間起到了橋梁的作用。當(dāng)軟件需要操作系統(tǒng)提供的某項服務(wù)時,它就像顧客一樣,通過點(diǎn)菜(調(diào)用API)來告訴服務(wù)員(系統(tǒng)調(diào)用)它的需求。本質(zhì)上,系統(tǒng)調(diào)用就是用戶程序與操作系統(tǒng)之間的接口程序。7V828資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

二、為什么需要系統(tǒng)調(diào)用

保護(hù)資源

就像在餐廳里,你不能直接進(jìn)廚房做飯,而需要通過服務(wù)員來點(diǎn)菜。同樣,操作系統(tǒng)會將可能產(chǎn)生多個程序訪問沖突的資源保護(hù)起來,提供API,軟件只能通過系統(tǒng)調(diào)用這些API來操作對應(yīng)的資源。比如應(yīng)用程序要訪問網(wǎng)絡(luò)、讀寫文件等都需要通過系統(tǒng)調(diào)用來完成。7V828資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

簡化軟件開發(fā)

就像你只需要告訴服務(wù)員你想吃什么,而不需要自己去廚房做飯。操作系統(tǒng)為簡化上層軟件開發(fā),對某些資源和基礎(chǔ)能力進(jìn)行封裝,提供API,軟件通過系統(tǒng)調(diào)用這些API可以輕松集成能力。7V828資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

操作系統(tǒng)是基礎(chǔ)軟件

操作系統(tǒng)是基礎(chǔ)軟件,與其它軟件是不同的進(jìn)程。其它軟件使用操作系統(tǒng)提供的能力,可以用進(jìn)程間通信,但是各種進(jìn)程間通信機(jī)制也是基于系統(tǒng)調(diào)用,所以直接使用系統(tǒng)調(diào)用更為便捷。7V828資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

三、系統(tǒng)調(diào)用過程

系統(tǒng)調(diào)用和普通庫函數(shù)調(diào)用非常相似,只是系統(tǒng)調(diào)用由操作系統(tǒng)內(nèi)核提供,運(yùn)行于內(nèi)核態(tài),而普通的庫函數(shù)調(diào)用由函數(shù)庫或用戶自己提供,運(yùn)行于用戶態(tài)。7V828資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

圖片圖片7V828資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

軟中斷模式

在軟中斷模式下,用戶程序會調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)庫,這就像顧客看菜單點(diǎn)菜。然后,標(biāo)準(zhǔn)庫執(zhí)行軟中斷指令,CPU切換上下文,由用戶態(tài)進(jìn)入內(nèi)核態(tài),這就像服務(wù)員把菜單帶到廚房。內(nèi)核通過中斷向量表查找到中斷處理程序,并執(zhí)行它,這就像廚師根據(jù)菜單開始做菜。系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行完畢,從中斷處理程序返回,這就像服務(wù)員把做好的菜端給顧客。7V828資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

在軟中斷模式中,CPU只需要執(zhí)行一個INT指令就可以了,比較簡單。7V828資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

快速調(diào)用

快速調(diào)用是為了避免上下文切換的開銷。這就像顧客直接告訴廚師他們想吃什么,而不需要通過服務(wù)員,使得通信的速度更快,更有效率。7V828資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

快速調(diào)用需要CPU的支持,以x86 CPU為例,快速調(diào)用的實現(xiàn)主要使用了兩個指令:sysenter和sysexit。7V828資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

sysenter指令7V828資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

sysenter指令是一個特殊的CPU指令,它用于從用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)。當(dāng)一個程序需要進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用時,它會執(zhí)行sysenter指令。這個指令會使CPU切換到內(nèi)核態(tài),并跳轉(zhuǎn)到操作系統(tǒng)內(nèi)核中預(yù)設(shè)的系統(tǒng)調(diào)用入口點(diǎn)。這個過程中,CPU不需要執(zhí)行中斷,也不需要切換上下文,因此,執(zhí)行sysenter指令的開銷比執(zhí)行軟中斷的開銷要小。7V828資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

sysexit指令7V828資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

與sysenter指令相對應(yīng),sysexit指令用于從內(nèi)核態(tài)切換回用戶態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)調(diào)用完成后,操作系統(tǒng)內(nèi)核會執(zhí)行sysexit指令。這個指令會使CPU切換回用戶態(tài),并跳轉(zhuǎn)回到執(zhí)行sysenter指令之后的下一條指令。這個過程同樣不需要執(zhí)行中斷和切換堆棧,因此,執(zhí)行sysexit指令的開銷也比執(zhí)行軟中斷的開銷要小。7V828資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

不同的CPU可能會有不同的快速調(diào)用方式,不過應(yīng)用程序不需要關(guān)心CPU具體是怎么做的,操作系統(tǒng)會做好封裝,標(biāo)準(zhǔn)庫會提供操作的API。7V828資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

四、代碼示例

在Go語言中,我們可以使用syscall包來進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用。下面是一個使用syscall包進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用的示例,該示例使用系統(tǒng)調(diào)用獲取系統(tǒng)時間:7V828資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

package mainimport (    "fmt"    "syscall"    "time")func main() {    // 創(chuàng)建一個syscall.Timeval結(jié)構(gòu)體用于存儲時間    var tv syscall.Timeval    // 使用syscall.Gettimeofday函數(shù)獲取當(dāng)前時間    err := syscall.Gettimeofday(&tv)    if err != nil {        fmt.Println("Error:", err)        return    }    // 將秒和微秒轉(zhuǎn)換為time.Time類型    t := time.Unix(tv.Sec, tv.Usec*1000)    // 打印時間    fmt.Println("Current time:", t)}

在這個示例中,我們首先創(chuàng)建了一個syscall.Timeval結(jié)構(gòu)體用于存儲時間。然后,我們使用syscall.Gettimeofday函數(shù)來獲取當(dāng)前時間,并將其存儲在我們之前創(chuàng)建的syscall.Timeval結(jié)構(gòu)體中。最后,我們將syscall.Timeval中的秒和微秒轉(zhuǎn)換為time.Time類型,并打印出來。7V828資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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