什么是系統(tǒng)調(diào)用? ? ?

Linux內(nèi)核中設(shè)置了一組用于實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)功能的子程序，稱(chēng)為系統(tǒng)調(diào)用。用戶(hù)可以通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用命令在自己的應(yīng)用程序中調(diào)用它們。從某種角度來(lái)看，系統(tǒng)調(diào)用和普通的函數(shù)調(diào)用非常相似。區(qū)別僅僅在于，系統(tǒng)調(diào)用由操作系統(tǒng)核心提供，運(yùn)行于核心態(tài);而普通的函數(shù)調(diào)用由函數(shù)庫(kù)或用戶(hù)自己提供，運(yùn)行于用戶(hù)態(tài)。

隨Linux核心還提供了一些C語(yǔ)言函數(shù)庫(kù)，這些庫(kù)對(duì)系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)行了一些包裝和擴(kuò)展，因?yàn)檫@些庫(kù)函數(shù)與系統(tǒng)調(diào)用的關(guān)系非常緊密，所以習(xí)慣上把這些函數(shù)也稱(chēng)為系統(tǒng)調(diào)用。

為什么要用系統(tǒng)調(diào)用? ? ?

實(shí)際上，很多已經(jīng)被我們習(xí)以為常的C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，在Linux平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)都是靠系統(tǒng)調(diào)用完成的，所以如果想對(duì)系統(tǒng)底層的原理作深入的了解，掌握各種系統(tǒng)調(diào)用是初步的要求。進(jìn)一步，若想成為一名Linux下編程高手，也就是我們常說(shuō)的Hacker，其標(biāo)志之一也是能對(duì)各種系統(tǒng)調(diào)用有透徹的了解。

即使除去上面的原因，在平常的編程中你也會(huì)發(fā)現(xiàn)，在很多情況下，系統(tǒng)調(diào)用是實(shí)現(xiàn)你的想法的簡(jiǎn)潔有效的途徑，所以有可能的話(huà)應(yīng)該盡量多掌握一些系統(tǒng)調(diào)用，這會(huì)對(duì)你的程序設(shè)計(jì)過(guò)程帶來(lái)意想不到的幫助。

系統(tǒng)調(diào)用是怎么工作的? ? ?

一般的，進(jìn)程是不能訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)核的。它不能訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)核所占內(nèi)存空間也不能調(diào)用內(nèi)核函數(shù)。CPU硬件決定了這些(這就是為什么它被稱(chēng)作"保護(hù)模式")。系統(tǒng)調(diào)用是這些規(guī)則的一個(gè)例外。其原理是進(jìn)程先用適當(dāng)?shù)闹堤畛?a href="http://www.1cnz.cn/tags/寄存器/" target="_blank">寄存器，然后調(diào)用一個(gè)特殊的指令，這個(gè)指令會(huì)跳到一個(gè)事先定義的內(nèi)核中的一個(gè)位置(當(dāng)然，這個(gè)位置是用戶(hù)進(jìn)程可讀但是不可寫(xiě)的)。在Intel CPU中，這個(gè)由中斷0x80實(shí)現(xiàn)。硬件知道一旦你跳到這個(gè)位置，你就不是在限制模式下運(yùn)行的用戶(hù)，而是作為操作系統(tǒng)的內(nèi)核--所以你就可以為所欲為。

進(jìn)程可以跳轉(zhuǎn)到的內(nèi)核位置叫做sysem_call。這個(gè)過(guò)程檢查系統(tǒng)調(diào)用號(hào)，這個(gè)號(hào)碼告訴內(nèi)核進(jìn)程請(qǐng)求哪種服務(wù)。然后，它查看系統(tǒng)調(diào)用表(sys_call_table)找到所調(diào)用的內(nèi)核函數(shù)入口地址。接著，就調(diào)用函數(shù)，等返回后，做一些系統(tǒng)檢查，最后返回到進(jìn)程(或到其他進(jìn)程，如果這個(gè)進(jìn)程時(shí)間用盡)。

具體過(guò)程如下圖所示：

如何使用系統(tǒng)調(diào)用?

先來(lái)看一個(gè)例子：

這是因?yàn)樵?a href="http://www.1cnz.cn/tags/ti/" target="_blank">time.h中實(shí)際上已經(jīng)用庫(kù)函數(shù)的形式實(shí)現(xiàn)了time這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，替我們省掉了調(diào)用_syscall1宏展開(kāi)得到函數(shù)原型這一步。

大多數(shù)系統(tǒng)調(diào)用都在各種C語(yǔ)言函數(shù)庫(kù)中有所實(shí)現(xiàn)，所以在一般情況下，我們都可以像調(diào)用普通的庫(kù)函數(shù)那樣調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用，只在極個(gè)別的情況下，我們才有機(jī)會(huì)用到_syscall*()這幾個(gè)宏。

調(diào)用性能問(wèn)題 ? ?

系統(tǒng)調(diào)用需要從用戶(hù)空間陷入內(nèi)核空間，處理完后，又需要返回用戶(hù)空間。其中除了系統(tǒng)調(diào)用服務(wù)例程的實(shí)際耗時(shí)外，陷入/返回過(guò)程和系統(tǒng)調(diào)用處理程序(查系統(tǒng)調(diào)用表、存儲(chǔ)恢復(fù)用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng))也需要花銷(xiāo)一些時(shí)間，這些時(shí)間加起來(lái)就是一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用的響應(yīng)速度。系統(tǒng)調(diào)用不比別的用戶(hù)程序，它對(duì)性能要求很苛刻，因?yàn)樗枰萑雰?nèi)核執(zhí)行，所以和其他內(nèi)核程序一樣要求代碼簡(jiǎn)潔、執(zhí)行迅速。幸好Linux具有令人難以置信的上下文切換速度，使得其進(jìn)出內(nèi)核都被優(yōu)化得簡(jiǎn)潔高效;同時(shí)所有Linux系統(tǒng)調(diào)用處理程序和每個(gè)系統(tǒng)調(diào)用本身也都非常簡(jiǎn)潔。

絕大多數(shù)情況下，Linux系統(tǒng)調(diào)用性能是可以接受的，但是對(duì)于一些對(duì)性能要求非常高的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，它們雖然希望利用系統(tǒng)調(diào)用的服務(wù)，但卻希望加快相應(yīng)速度，避免陷入/返回和系統(tǒng)調(diào)用處理程序帶來(lái)的花銷(xiāo)，因此采用由內(nèi)核直接調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用服務(wù)例程，最好的例子就HTTPD——它為了避免上述開(kāi)銷(xiāo)，從內(nèi)核調(diào)用socket等系統(tǒng)調(diào)用服務(wù)例程。

Linux系統(tǒng)調(diào)用列表 ? ?

· 進(jìn)程控制

fork 創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程

clone 按指定條件創(chuàng)建子進(jìn)程

execve 運(yùn)行可執(zhí)行文件

exit 中止進(jìn)程

_exit 立即中止當(dāng)前進(jìn)程

getdtablesize 進(jìn)程所能打開(kāi)的最大文件數(shù)

getpgid 獲取指定進(jìn)程組標(biāo)識(shí)號(hào)

setpgid 設(shè)置指定進(jìn)程組標(biāo)志號(hào)

getpgrp 獲取當(dāng)前進(jìn)程組標(biāo)識(shí)號(hào)

setpgrp 設(shè)置當(dāng)前進(jìn)程組標(biāo)志號(hào)

getpid 獲取進(jìn)程標(biāo)識(shí)號(hào)

getppid 獲取父進(jìn)程標(biāo)識(shí)號(hào)

getpriority 獲取調(diào)度優(yōu)先級(jí)

setpriority 設(shè)置調(diào)度優(yōu)先級(jí)

modify_ldt 讀寫(xiě)進(jìn)程的本地描述表

nanosleep 使進(jìn)程睡眠指定的時(shí)間

nice 改變分時(shí)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)

pause 掛起進(jìn)程，等待信號(hào)

personality 設(shè)置進(jìn)程運(yùn)行域

prctl 對(duì)進(jìn)程進(jìn)行特定操作

ptrace 進(jìn)程跟蹤

sched_get_priority_max 取得靜態(tài)優(yōu)先級(jí)的上限

sched_get_priority_min 取得靜態(tài)優(yōu)先級(jí)的下限

sched_getparam 取得進(jìn)程的調(diào)度參數(shù)

sched_getscheduler 取得指定進(jìn)程的調(diào)度策略

sched_rr_get_interval 取得按RR算法調(diào)度的實(shí)時(shí)進(jìn)程的時(shí)間片長(zhǎng)度

sched_setparam 設(shè)置進(jìn)程的調(diào)度參數(shù)

sched_setscheduler 設(shè)置指定進(jìn)程的調(diào)度策略和參數(shù)

sched_yield 進(jìn)程主動(dòng)讓出處理器,并將自己等候調(diào)度隊(duì)列隊(duì)尾

vfork 創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程，以供執(zhí)行新程序，常與execve等同時(shí)使用

wait 等待子進(jìn)程終止

wait3 參見(jiàn)wait

waitpid 等待指定子進(jìn)程終止

wait4 參見(jiàn)waitpid

capget 獲取進(jìn)程權(quán)限

capset 設(shè)置進(jìn)程權(quán)限

getsid 獲取會(huì)晤標(biāo)識(shí)號(hào)

setsid 設(shè)置會(huì)晤標(biāo)識(shí)號(hào)

· 文件系統(tǒng)控制

1.文件讀寫(xiě)操作

fcntl 文件控制

open 打開(kāi)文件

creat 創(chuàng)建新文件

close 關(guān)閉文件描述字

read 讀文件

write 寫(xiě)文件

readv 從文件讀入數(shù)據(jù)到緩沖數(shù)組中

writev 將緩沖數(shù)組里的數(shù)據(jù)寫(xiě)入文件

pread 對(duì)文件隨機(jī)讀

pwrite 對(duì)文件隨機(jī)寫(xiě)

lseek 移動(dòng)文件指針

_llseek 在64位地址空間里移動(dòng)文件指針

dup 復(fù)制已打開(kāi)的文件描述字

dup2 按指定條件復(fù)制文件描述字

flock 文件加/解鎖

poll I/O多路轉(zhuǎn)換

truncate 截?cái)辔募?/p>

ftruncate 參見(jiàn)truncate

umask 設(shè)置文件權(quán)限掩碼

fsync 把文件在內(nèi)存中的部分寫(xiě)回磁盤(pán)

2.文件系統(tǒng)操作

access 確定文件的可存取性

chdir 改變當(dāng)前工作目錄

fchdir 參見(jiàn)chdir

chmod 改變文件方式

fchmod 參見(jiàn)chmod

chown 改變文件的屬主或用戶(hù)組

fchown 參見(jiàn)chown

lchown 參見(jiàn)chown

chroot 改變根目錄

stat 取文件狀態(tài)信息

lstat 參見(jiàn)stat

fstat 參見(jiàn)stat

statfs 取文件系統(tǒng)信息

fstatfs 參見(jiàn)statfs

readdir 讀取目錄項(xiàng)

getdents 讀取目錄項(xiàng)

mkdir 創(chuàng)建目錄

mknod 創(chuàng)建索引節(jié)點(diǎn)

rmdir 刪除目錄

rename 文件改名

link 創(chuàng)建鏈接

symlink 創(chuàng)建符號(hào)鏈接

unlink 刪除鏈接

readlink 讀符號(hào)鏈接的值

mount 安裝文件系統(tǒng)

umount 卸下文件系統(tǒng)

ustat 取文件系統(tǒng)信息

utime 改變文件的訪(fǎng)問(wèn)修改時(shí)間

utimes 參見(jiàn)utime

quotactl 控制磁盤(pán)配額

· 系統(tǒng)控制

ioctl I/O總控制函數(shù)

_sysctl 讀/寫(xiě)系統(tǒng)參數(shù)

acct 啟用或禁止進(jìn)程記賬

getrlimit 獲取系統(tǒng)資源上限

setrlimit 設(shè)置系統(tǒng)資源上限

getrusage 獲取系統(tǒng)資源使用情況

uselib 選擇要使用的二進(jìn)制函數(shù)庫(kù)

ioperm 設(shè)置端口I/O權(quán)限

iopl 改變進(jìn)程I/O權(quán)限級(jí)別

outb 低級(jí)端口操作

reboot 重新啟動(dòng)

swapon 打開(kāi)交換文件和設(shè)備

swapoff 關(guān)閉交換文件和設(shè)備

bdflush 控制bdflush守護(hù)進(jìn)程

sysfs 取核心支持的文件系統(tǒng)類(lèi)型

sysinfo 取得系統(tǒng)信息

adjtimex 調(diào)整系統(tǒng)時(shí)鐘

alarm 設(shè)置進(jìn)程的鬧鐘

getitimer 獲取計(jì)時(shí)器值

setitimer 設(shè)置計(jì)時(shí)器值

gettimeofday 取時(shí)間和時(shí)區(qū)

settimeofday 設(shè)置時(shí)間和時(shí)區(qū)

stime 設(shè)置系統(tǒng)日期和時(shí)間

time 取得系統(tǒng)時(shí)間

times 取進(jìn)程運(yùn)行時(shí)間

uname 獲取當(dāng)前UNIX系統(tǒng)的名稱(chēng)、版本和主機(jī)等信息

vhangup 掛起當(dāng)前終端

nfsservctl 對(duì)NFS守護(hù)進(jìn)程進(jìn)行控制

vm86 進(jìn)入模擬8086模式

create_module 創(chuàng)建可裝載的模塊項(xiàng)

delete_module 刪除可裝載的模塊項(xiàng)

init_module 初始化模塊

query_module 查詢(xún)模塊信息

*get_kernel_syms 取得核心符號(hào),已被query_module代替

· 內(nèi)存管理

brk 改變數(shù)據(jù)段空間的分配

sbrk 參見(jiàn)brk

mlock 內(nèi)存頁(yè)面加鎖

munlock 內(nèi)存頁(yè)面解鎖

mlockall 調(diào)用進(jìn)程所有內(nèi)存頁(yè)面加鎖

munlockall 調(diào)用進(jìn)程所有內(nèi)存頁(yè)面解鎖

mmap 映射虛擬內(nèi)存頁(yè)

munmap 去除內(nèi)存頁(yè)映射

mremap 重新映射虛擬內(nèi)存地址

msync 將映射內(nèi)存中的數(shù)據(jù)寫(xiě)回磁盤(pán)

mprotect 設(shè)置內(nèi)存映像保護(hù)

getpagesize 獲取頁(yè)面大小

sync 將內(nèi)存緩沖區(qū)數(shù)據(jù)寫(xiě)回硬盤(pán)

cacheflush 將指定緩沖區(qū)中的內(nèi)容寫(xiě)回磁盤(pán)

· 網(wǎng)絡(luò)管理

getdomainname 取域名

setdomainname 設(shè)置域名

gethostid 獲取主機(jī)標(biāo)識(shí)號(hào)

sethostid 設(shè)置主機(jī)標(biāo)識(shí)號(hào)

gethostname 獲取本主機(jī)名稱(chēng)

sethostname 設(shè)置主機(jī)名稱(chēng)

· socket控制

socketcall socket系統(tǒng)調(diào)用

socket 建立socket

bind 綁定socket到端口

connect 連接遠(yuǎn)程主機(jī)

accept 響應(yīng)socket連接請(qǐng)求

send 通過(guò)socket發(fā)送信息

sendto 發(fā)送UDP信息

sendmsg 參見(jiàn)send

recv 通過(guò)socket接收信息

recvfrom 接收UDP信息

recvmsg 參見(jiàn)recv

listen 監(jiān)聽(tīng)socket端口

select 對(duì)多路同步I/O進(jìn)行輪詢(xún)

shutdown 關(guān)閉socket上的連接

getsockname 取得本地socket名字

getpeername 獲取通信對(duì)方的socket名字

getsockopt 取端口設(shè)置

setsockopt 設(shè)置端口參數(shù)

sendfile 在文件或端口間傳輸數(shù)據(jù)

socketpair 創(chuàng)建一對(duì)已聯(lián)接的無(wú)名socket

· 用戶(hù)管理

getuid 獲取用戶(hù)標(biāo)識(shí)號(hào)

setuid 設(shè)置用戶(hù)標(biāo)志號(hào)

getgid 獲取組標(biāo)識(shí)號(hào)

setgid 設(shè)置組標(biāo)志號(hào)

getegid 獲取有效組標(biāo)識(shí)號(hào)

setegid 設(shè)置有效組標(biāo)識(shí)號(hào)

geteuid 獲取有效用戶(hù)標(biāo)識(shí)號(hào)

seteuid 設(shè)置有效用戶(hù)標(biāo)識(shí)號(hào)

setregid 分別設(shè)置真實(shí)和有效的的組標(biāo)識(shí)號(hào)

setreuid 分別設(shè)置真實(shí)和有效的用戶(hù)標(biāo)識(shí)號(hào)

getresgid 分別獲取真實(shí)的,有效的和保存過(guò)的組標(biāo)識(shí)號(hào)

setresgid 分別設(shè)置真實(shí)的,有效的和保存過(guò)的組標(biāo)識(shí)號(hào)

getresuid 分別獲取真實(shí)的,有效的和保存過(guò)的用戶(hù)標(biāo)識(shí)號(hào)

setresuid 分別設(shè)置真實(shí)的,有效的和保存過(guò)的用戶(hù)標(biāo)識(shí)號(hào)

setfsgid 設(shè)置文件系統(tǒng)檢查時(shí)使用的組標(biāo)識(shí)號(hào)

setfsuid 設(shè)置文件系統(tǒng)檢查時(shí)使用的用戶(hù)標(biāo)識(shí)號(hào)

getgroups 獲取后補(bǔ)組標(biāo)志清單

setgroups 設(shè)置后補(bǔ)組標(biāo)志清單

· 進(jìn)程間通信

ipc 進(jìn)程間通信總控制調(diào)用

信號(hào)

sigaction 設(shè)置對(duì)指定信號(hào)的處理方法

sigprocmask 根據(jù)參數(shù)對(duì)信號(hào)集中的信號(hào)執(zhí)行阻塞/解除阻塞等操作

sigpending 為指定的被阻塞信號(hào)設(shè)置隊(duì)列

sigsuspend 掛起進(jìn)程等待特定信號(hào)

signal 參見(jiàn)signal

kill 向進(jìn)程或進(jìn)程組發(fā)信號(hào)

*sigblock 向被阻塞信號(hào)掩碼中添加信號(hào),已被sigprocmask代替

*siggetmask 取得現(xiàn)有阻塞信號(hào)掩碼,已被sigprocmask代替

*sigsetmask 用給定信號(hào)掩碼替換現(xiàn)有阻塞信號(hào)掩碼,已被sigprocmask代替

*sigmask 將給定的信號(hào)轉(zhuǎn)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(shè)的信號(hào)處理函數(shù),作用類(lèi)似sigaction

ssetmask ANSI C的信號(hào)處理函數(shù),作用類(lèi)似sigaction

消息

msgctl 消息控制操作

msgget 獲取消息隊(duì)列

msgsnd 發(fā)消息

msgrcv 取消息

管道

pipe 創(chuàng)建管道

信號(hào)量

semctl 信號(hào)量控制

semget 獲取一組信號(hào)量

semop 信號(hào)量操作

共享內(nèi)存

shmctl 控制共享內(nèi)存

shmget 獲取共享內(nèi)存

shmat 連接共享內(nèi)存

shmdt 拆卸共享內(nèi)存

　　審核編輯：湯梓紅