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

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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

1. 最简单的是通过寄存器来传递参数

2. 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。

3. 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。