系統調用簡介
簡述
作業系統的主要功能是為管理硬體資源和為應用程式開發人員提供良好的環境來使應用程式具有更好的兼容性，為了達到這個目的，核心提供一系列具備預定功能的多核心函式，通過一組稱為系統調用（system call)的接口呈現給用戶。系統調用把應用程式的請求傳給核心，調用相應的的核心函式完成所需的處理，將處理結果返回給應用程式。
現代的作業系統通常都具有多任務處理的功能，通常靠進程來實現。由於作業系統快速的在每個進程間切換執行，所以一切看起來就會像是同時的。同時這也帶來了很多安全問題，例如，一個進程可以輕易的修改進程的記憶體空間中的數據來使另一個進程異常或達到一些目的，因此作業系統必須保證每一個進程都能安全的執行。這一問題的解決方法是在處理器中加入基址暫存器和界限暫存器。這兩個暫存器中的內容用硬體限制了對儲存器的存取指令所訪問的儲存器的地址。這樣就可以在系統切換進程時寫入這兩個暫存器的內容到該進程被分配的地址範圍，從而避免惡意軟體。
為了防止用戶程式修改基址暫存器和界限暫存器中的內容來達到訪問其他記憶體空間的目的，這兩個暫存器必須通過一些特殊的指令來訪問。通常，處理器設有兩種模式：“用戶模式”與“核心模式”，通過一個標籤位來鑑別當前正處於什麼模式。一些諸如修改基址暫存器內容的指令只有在核心模式中可以執行，而處於用戶模式的時候硬體會直接跳過這個指令並繼續執行下一個。
同樣，為了安全問題，一些I/O操作的指令都被限制在只有核心模式可以執行，因此作業系統有必要提供接口來為應用程式提供諸如讀取磁碟某位置的數據的接口，這些接口就被稱為系統調用。
當作業系統接收到系統調用請求後，會讓處理器進入核心模式，從而執行諸如I/O操作，修改基址暫存器內容等指令，而當處理完系統調用內容後，作業系統會讓處理器返回用戶模式，來執行用戶代碼。
系統調用原理
系統中的程式類型及狀態
作業系統中的狀態分為管態（核心態）和目態（用戶態）。特權指令：一類只能在核心態下運行而不能在用戶態下運行的特殊指令。不同的作業系統特權指令會有所差異，但是一般來說主要是和硬體相關的一些指令。訪管指令：本身是一條特殊的指令，但不是特權指令。（trap指令）。基本功能：“自願進管”，能引起訪管異常。
用戶程式只在用戶態下運行，有時需要訪問系統核心功能，這時通過系統調用接口使用系統調用。
系統功能調用
系統功能調用：就是用戶在程式中使用“訪管指令”調用由作業系統提供的子功能集合。其中每一個系統子功能稱為一個系統調用命令，也叫廣義指令。
系統調用接口
系統功能調用是作業系統提供給程式設計人員的一種服務。程式設計人員在編寫程式時，可以利用系統調用來請求作業系統的服務。
目的：方便用戶使用。
系統調用和普通調用的區別
系統調用本質上是一種過程調用，但它是一種特殊的過程調用，與一般用戶程式中的過程調用有明顯的區別 。
運行狀態不同
運行狀態不同。系統調用的調用過程和被調用過程運行在不同的狀態，而普通的過程調用一般運行在相同的狀態。
調用方法不同
調用方法不同。系統調用必須通過軟中斷機制首先進入系統核心，然後才能轉向相應的命令處理程式。普通過程調用可以直接由調用過程轉向被調用過程。
返回問題
返回問題。在採用搶先式調度的系統中，當系統調用返回時，要重新進行調度分析――是否有更高優先權的任務就緒。普通的過程調用直接返回調用過程繼續執行。
舉例： Linux作業系統中的系統調用接口
進程控制
fork 創建一個新進程
clone 按指定條件創建子進程
execve 運行執行檔
exit 中止進程
_exit 立即中止當前進程
getdtablesize 進程所能打開的最大檔案數
getpgid 獲取指定進程組標識號
setpgid 設定指定進程組標誌號
getpgrp 獲取當前進程組標識號
setpgrp 設定當前進程組標誌號
getpid 獲取進程標識號
getppid 獲取父進程標識號
getpriority 獲取調度優先權
setpriority 設定調度優先權
modify_ldt 讀寫進程的本地描述表
nanosleep 使進程睡眠指定的時間
nice 改變分時進程的優先權
pause 掛起進程，等待信號
personality 設定進程運行域
prctl 對進程進行特定操作
ptrace 進程跟蹤
sched_get_priority_max 取得靜態優先權的上限
sched_get_priority_min 取得靜態優先權的下限
sched_getparam 取得進程的調度參數
sched_getscheduler 取得指定進程的調度策略
sched_rr_get_interval 取得按RR算法調度的實時進程的時間片長度
sched_setparam 設定進程的調度參數
sched_setscheduler 設定指定進程的調度策略和參數
sched_yield 進程主動讓出處理器,並將自己等候調度佇列隊尾
vfork 創建一個子進程，以供執行新程式，常與execve等同時使用
wait 等待子進程終止
wait3 參見wait
waitpid 等待指定子進程終止
wait4 參見waitpid
capget 獲取進程許可權
capset 設定進程許可權
getsid 獲取會晤標識號
setsid 設定會晤標識號
檔案讀寫操作
fcntl 檔案控制
open 打開檔案
creat 創建新檔案
close 關閉檔案描述字
read 讀檔案
write 寫檔案
readv 從檔案讀入數據到緩衝數組中
writev 將緩衝數組裡的數據寫入檔案
pread 對檔案隨機讀
pwrite 對檔案隨機寫
lseek 移動檔案指針
_llseek 在64位地址空間裡移動檔案指針
dup 複製已打開的檔案描述字
dup2 按指定條件複製檔案描述字
flock 檔案加/解鎖
poll I/O多路轉換
truncate 截斷檔案
ftruncate 參見truncate
umask 設定檔案許可權掩碼
fsync 把檔案在記憶體中的部分寫回磁碟
檔案系統操作
access 確定檔案的可存取性
chdir 改變當前工作目錄
fchdir 參見chdir
chmod 改變檔案方式
fchmod 參見chmod
chown 改變檔案的屬主或用戶組
fchown 參見chown
lchown 參見chown
chroot 改變根目錄
stat 取檔案狀態信息
lstat 參見stat
fstat 參見stat
statfs 取檔案系統信息
fstatfs 參見statfs
readdir 讀取目錄項
getdents 讀取目錄項
mkdir 創建目錄
mknod 創建索引節點
rmdir 刪除目錄
rename 檔案改名
link 創建連結
symlink 創建符號連結
unlink 刪除連結
readlink 讀符號連結的值
mount 安裝檔案系統
umount 卸下檔案系統
ustat 取檔案系統信息
utime 改變檔案的訪問修改時間
utimes 參見utime
quotactl 控制磁碟配額
系統控制
ioctl I/O總控制函式
_sysctl 讀/寫系統參數
acct 啟用或禁止進程記賬
getrlimit 獲取系統資源上限
setrlimit 設定系統資源上限
getrusage 獲取系統資源使用情況
uselib 選擇要使用的二進制函式館
ioperm 設定連線埠I/O許可權
iopl 改變進程I/O許可權級別
outb 低級連線埠操作
reboot 重新啟動
swapon 打開交換檔案和設備
swapoff 關閉交換檔案和設備
bdflush 控制bdflush守護進程
sysfs 取核心支持的檔案系統類型
sysinfo 取得系統信息
adjtimex 調整系統時鐘
alarm 設定進程的鬧鐘
getitimer 獲取計時器值
setitimer 設定計時器值
gettimeofday 取時間和時區
settimeofday 設定時間和時區
stime 設定系統日期和時間
time 取得系統時間
times 取進程運行時間
uname 獲取當前UNIX系統的名稱、版本和主機等信息
vhangup 掛起當前終端
nfsservctl 對NFS守護進程進行控制
vm86 進入模擬8086模式
create_module 創建可裝載的模組項
delete_module 刪除可裝載的模組項
init_module 初始化模組
query_module 查詢模組信息
*get_kernel_syms 取得核心符號,已被query_module代替
記憶體管理
brk 改變數據段空間的分配
sbrk 參見brk
mlock 記憶體頁面加鎖
munlock 記憶體頁面解鎖
mlockall 調用進程所有記憶體頁面加鎖
munlockall 調用進程所有記憶體頁面解鎖
mmap 映射虛擬記憶體頁
munmap 去除記憶體頁映射
mremap 重新映射虛擬記憶體地址
msync 將映射記憶體中的數據寫回磁碟
mprotect 設定記憶體映像保護
getpagesize 獲取頁面大小
sync 將記憶體緩衝區數據寫回硬碟
cacheflush 將指定緩衝區中的內容寫回磁碟
網路
getdomainname 取域名
setdomainname 設定域名
gethostid 獲取主機標識號
sethostid 設定主機標識號
gethostname 獲取本主機名稱
sethostname 設定主機名稱
Socket 套接字
socketcall socket系統調用
socket 建立socket
bind 綁定socket到連線埠
connect 連線遠程主機
accept 回響socket連線請求
send 通過socket傳送信息
sendto 傳送UDP信息
sendmsg 參見send
recv 通過socket接收信息
recvfrom 接收UDP信息
recvmsg 參見recv
listen 監聽socket連線埠
select 對多路同步I/O進行輪詢
shutdown 關閉socket上的連線
getsockname 取得本地socket名字
getpeername 獲取通信對方的socket名字
getsockopt 取連線埠設定
setsockopt 設定連線埠參數
sendfile 在檔案或連線埠間傳輸數據
socketpair 創建一對已聯接的無名socket
用戶管理
getuid 獲取用戶標識號
setuid 設定用戶標誌號
getgid 獲取組標識號
setgid 設定組標誌號
getegid 獲取有效組標識號
setegid 設定有效組標識號
geteuid 獲取有效用戶標識號
seteuid 設定有效用戶標識號
setregid 分別設定真實和有效的的組標識號
setreuid 分別設定真實和有效的用戶標識號
getresgid 分別獲取真實的,有效的和保存過的組標識號
setresgid 分別設定真實的,有效的和保存過的組標識號
getresuid 分別獲取真實的,有效的和保存過的用戶標識號
setresuid 分別設定真實的,有效的和保存過的用戶標識號
setfsgid 設定檔案系統檢查時使用的組標識號
setfsuid 設定檔案系統檢查時使用的用戶標識號
getgroups 獲取後補組標誌清單
setgroups 設定後補組標誌清單
進程間通信
ipc 進程間通信總控制調用
sigaction 設定對指定信號的處理方法
sigprocmask 根據參數對信號集中的信號執行阻塞/解除阻塞等操作
sigpending 為指定的被阻塞信號設定佇列
sigsuspend 掛起進程等待特定信號
signal 參見signal
kill 向進程或進程組發信號
*sigblock 向被阻塞信號掩碼中添加信號,已被sigprocmask代替
*siggetmask 取得現有阻塞信號掩碼,已被sigprocmask代替
*sigsetmask 用給定信號掩碼替換現有阻塞信號掩碼,已被sigprocmask代替
*sigmask 將給定的信號轉化為掩碼,已被sigprocmask代替
*sigpause 作用同sigsuspend,已被sigsuspend代替
sigvec 為兼容BSD而設的信號處理函式,作用類似sigaction
ssetmask ANSI C的信號處理函式,作用類似sigaction
訊息
msgctl 訊息控制操作
msgget 獲取訊息佇列
msgsnd 發訊息
msgrcv 取訊息
管道
pipe 創建管道
信號量
semctl 信號量控制
semget 獲取一組信號量
semop 信號量操作
共享記憶體
shmctl 控制共享記憶體
shmget 獲取共享記憶體
shmat 連線共享記憶體
shmdt 拆卸共享記憶體
