系统调用

CPU上下文：CPU中的寄存器和程序计数器。切换出的CPU上下文，会保存到linux系统内核中。 分为3种：1、进程上下文，2、线程上下文，3、中断上下文（硬件通过触发信号，导致中断处理程序运行）。 进程的运行空间：内核空间、用户空间。 内核空间：具有最高权限，可以直接访问所以资源，包括硬件。 用户空间：只有有限资源，不能访问包括内存在内的硬件只有，必须通过系统调用嵌入到内核中，才可以调用这些资源。 从用户态到内核态，是通过系统调用实现的。比如我们要查看一个文件的内容，需要 1、调用系统调用open打开一个磁盘文件， 2、read读取一个文件内容， 3、write输入到标准输入， 4、close关闭文件。 一、 执行系统调用，也是需要切换CPU上下文的。需要先保存CPU上下文的当前状态，然后加载系统调用的上下文，再然后跳转到内核态，执行内核任务。 系统调用完成，需要保存CPU现在的上下文状态，加载上次新的上下文状态，进入用户态，执行。 一次系统调用，发生了2次CPU上下文切换。 系统调用，一直是在同一个进程中运行的。 二、 进程上下文切换 进程切换只能在内核态中运行。进程切换不只切换虚拟内存、栈、全局变量等用户空间资源，也包括内核堆栈、等内核态资源。 保存上下文和恢复上下文，也不是免费操作，需要内核占用CPU运行，进行切换。 如果进程切换太频繁

ps：参考了很多博客，但是当时没记下链接。。。 互斥器和条件变量用法如下： pthread_mutex_lock(&lock); while (condition_is_false) { pthread_cond_wait(&cond, &lock); } 上面那个while能换成if吗？答案是不能，否则会导致spurious wakeup虚假唤醒。因为不仅要在pthread_cond_wait前要检查条件是否成立，在pthread_cond_wait之后也要检查。因为pthread_cond_wait不仅能被pthread_cond_signal/pthread_cond_broadcast唤醒，而且还会被其它信号唤醒，后者就是虚假唤醒。 而且有可能多个线程被同时唤醒。那么在第一个获取完资源后，后面的全都无法获取资源了。 pthread_cond_wait内的互斥量只能保证同步。 linux的 pthread_cond_wait是用futex系统调用，这个是慢速系统调用 ，看过apue知道任何慢速系统调用被信号打断的时候会返回-1，并且把errno置为EINTR，如果慢速系统调用的重启功能被关闭，需要在调用该系统调用的地方手动重启它，像下面这样： while (1) { int ret = syscall(); if (ret < 0 && errno == EINTR)

一、什么是系统调用 　　linux内核中设置了一组用于实现系统功能的子程序，称为系统调用。系统调用和普通库函数调用非常相似，只是系统调用由操作系统核心提供，运行于核心态，而普通的函数调用由函数库或用户自己提供，运行于用户态。 　　系统调用的意义如下： 　　1.把用户从底层的硬件编程中解放出来 　　2.极大的提高了系统的安全性 　　3.使用户程序具有可移植性 　　一般进程是不能访问内核的，而系统调用是用户态进入内核态的唯一入口 二、系统调用与API之间的关系 　　1.API和系统调用的区别： 　　　　API只是一个函数定义 　　　　系统调用通过软中断向内核发出一个明确的请求 　　2.Libc库定义的一些API引起了封装例程（wrapper routine，唯一的目的就是发布系统调用） 　　　　一般每个系统调用对应一个封装例程 　　　　库再用这些封装例程定义出给用户的API 　　3.不是每个API都对应一个特定的系统调用 　　　　首先，API可能直接提供用户态的服务(比如一些数学函数) 　　　　其次，一个单独的API可能调用几个系统调用不同的 　　　　API可能调用了同一个系统调用 　　4.返回值 　　　　大部分封装例程返回一个整数，其值得含义依赖于相应的系统调用 　　　　-1在多数情况下表示内核不能满足进程的请求 　　　　Libc中定义的errno变量包含特定的出错码 三

系统linux-5.0.1 32位 为加快大家查看源码的调用关系 提供 https://elixir.bootlin.com/linux/v5.0.1/source/net/ipv4/tcp_ipv4.c#L202 以下调试都是基于下图的理解进行的，针对图中1，2两个点，博文主要解决四个问题 1 int 0x80中断向量是如何与中断向量表绑定的？ 2 socketAPI是如何进入内核调用socket 接口的？ 3 socket接口是如何与传输层协议绑定的？ 4 sokcet接口是如何调用具体协议的 Linux 引导过程综述 BIOS->Bootloader->内核初始化：体系结构相关部分-><内核初始化：体系结构无关部分> 内核初始化：体系结构相关部分 1 内核映像结构 2 初始化与保护模式 3 自解压内核 <4 startup_32(head_32.c)> startup_32(head_32.c) 1 初始化参数(设置段的值，清楚BSS,初始化栈) 2 开启分页机制 3 初始化 Eflags 4 检查处理器类型 5 载入 GDT、IDT <6 i386_start_kernel> i386_start_kernel 执行与体系结构无关部分的内核初始化 1 检查中断向量表(IDT)是否已经启动,em，IDT要被初始化第一次 <2 调用start

操作系统资源管理技术：复用，虚拟和抽象 复用：时分复用，空分复用 虚拟：物理资源与逻辑资源的对应。如SPOOLing，虚拟内存，VFS 时间换空间：虚拟存储技术 空间换时间：SPOOLing 抽象：资源体现为接口，接口表现为一组操作 操作系统最基础的抽象：进程抽象，虚存抽象，文件抽象 进程抽象：进入内存的执行程序在处理器上操作的状态集的一个抽象。对于用户来说，就是fork(),wait()和exec()，不关心细节操作 文件抽象：设备的一种抽象。open(),write(),read()，不关心细节操作 操作系统： 管理系统资源 控制程序运行 改善人机界面 提供各种服务 组织工作流程 为用户提供良好运行环境的一种系统软件 操作系统的作用：（接口与服务，进程调度，虚拟机，管理资源） 用户接口与公共服务：改善人机界面，提供各种服务 进程执行的控制者和协调者：控制程序运行，组织工作流程 扩展机与虚拟机 资源的管理者和控制者：管理系统资源 操作系统管理的资源：（CPU，硬盘，打印机，文件，网络） 处理器 存储 设备 文件 联网与通信 系统调用：使用系统服务 作用：保证系统安全性，提供一致性接口 系统调用的分类： 1.进程管理 2.文件管理 3.设备管理 4.存储管理 5.进程通信 6.信息维护：系统信息 操作系统的分类 批处理操作系统：批中作业输入作业队列，依次执行 关键机制是

系统调用： 由操作系统实现并提供给外部应用程序的编程接口，是应用程序同系统之间数据交换的桥梁 open 函数： int open （char* pathname,int flags） #include<unistd.h> 参数： pathname :欲打开的文件路径名 flags ：文件的打开方式 ： O_RDONLY | O_WRONLY | O_RDWR O_CREAT|O_APPEND（追加）|O_TRUNC（文件清零）|O_EXCL|O_NONBLOCK(设置非阻塞） 返回值： 成功： 打开文件所得到的 对应 文件描述符（整数） 失败： -1 ，设置 errno int open(char* pathname,int flags, mode_t mode) open（pathname,O_RDONLY |O_CREAT ,0664）; 参数： pathname：欲打开文件路径名 flags： 文件打开方式： O_RDONLY | O_WRONLY | O_RDWR O_CREAT|O_APPEND|O_TRUNC|O_EXCL|O_NONBLOCK mode： 参数3使用前提 惨2指定了 O_CREAT 取值8进制数，用来描述文件的访问权限 创建文件的最终权限 mode& ~umask 返回值： 成功： 打开文件所得到的 对应 文件描述符（整数） 失败： -1 ，设置

一 什么是进程 进程：正在进行的一个过程或者说一个任务。而负责执行任务则是cpu。 二 进程与程序的区别 程序仅仅只是一堆代码而已，而进程指的是程序的运行过程。 举例： 想象一位有一手好厨艺的计算机科学家egon正在为他的女儿元昊烘制生日蛋糕。 他有做生日蛋糕的食谱， 厨房里有所需的原料:面粉、鸡蛋、韭菜，蒜泥等。 在这个比喻中： 做蛋糕的食谱就是程序(即用适当形式描述的算法) 计算机科学家就是处理器(cpu) 而做蛋糕的各种原料就是输入数据。 进程就是厨师阅读食谱、取来各种原料以及烘制蛋糕等一系列动作的总和。 现在假设计算机科学家egon的儿子alex哭着跑了进来，说：Hey, Dad, my head got stung by a bee. 科学家egon想了想，处理儿子alex蛰伤的任务比给女儿元昊做蛋糕的任务更重要，于是 计算机科学家就记录下他照着食谱做到哪儿了(保存进程的当前状态)，然后拿出一本急救手册，按照其中的指示处理蛰伤。这里，我们看到处理机从一个进程(做蛋糕)切换到另一个高优先级的进程(实施医疗救治)，每个进程拥有各自的程序(食谱和急救手册)。当蜜蜂蛰伤处理完之后，这位计算机科学家又回来做蛋糕，从他 离开时的那一步继续做下去。 需要强调的是：同一个程序执行两次，那也是两个进程，比如打开暴风影音，虽然都是同一个软件，但是一个可以播放苍井空，一个可以播放饭岛爱。 三

Linux-内核态与用户态 内核态: CPU可以访问内存所有数据, 包括外围设备, 例如硬盘, 网卡. CPU也可以将自己从一个程序切换到另一个程序 用户态: 只能受限的访问内存, 且不允许访问外围设备. 占用CPU的能力被剥夺, CPU资源可以被其他程序获取 为什么要有用户态和内核态 由于需要限制不同的程序之间的访问能力, 防止他们获取别的程序的内存数据, 或者获取外围设备的数据, 并发送到网络, CPU划分出两个权限等级 -- 用户态 和 内核态 用户态与内核态的切换 所有用户程序都是运行在用户态的, 但是有时候程序确实需要做一些内核态的事情, 例如从硬盘读取数据, 或者从键盘获取输入等. 而唯一可以做这些事情的就是操作系统, 所以此时程序就需要先操作系统请求以程序的名义来执行这些操作. 这时需要一个这样的机制: 用户态程序切换到内核态, 但是不能控制在内核态中执行的指令 这种机制叫 系统调用 , 在CPU中的实现称之为 陷阱指令 (Trap Instruction) 他们的工作流程如下: 用户态程序将一些数据值放在寄存器中, 或者使用参数创建一个堆栈(stack frame), 以此表明需要操作系统提供的服务. 用户态程序执行陷阱指令 CPU切换到内核态, 并跳到位于内存指定位置的指令, 这些指令是操作系统的一部分, 他们具有内存保护, 不可被用户态程序访问

内核态: CPU可以访问内存所有数据, 包括外围设备, 例如硬盘, 网卡. CPU也可以将自己从一个程序切换到另一个程序 用户态: 只能受限的访问内存, 且不允许访问外围设备. 占用CPU的能力被剥夺, CPU资源可以被其他程序获取 为什么要有用户态和内核态 由于需要限制不同的程序之间的访问能力, 防止他们获取别的程序的内存数据, 或者获取外围设备的数据, 并发送到网络, CPU划分出两个权限等级 -- 用户态 和 内核态 用户态与内核态的切换 所有用户程序都是运行在用户态的, 但是有时候程序确实需要做一些内核态的事情, 例如从硬盘读取数据, 或者从键盘获取输入等. 而唯一可以做这些事情的就是操作系统, 所以此时程序就需要先操作系统请求以程序的名义来执行这些操作. 这时需要一个这样的机制: 用户态程序切换到内核态, 但是不能控制在内核态中执行的指令 这种机制叫 系统调用 , 在CPU中的实现称之为 陷阱指令 (Trap Instruction) 他们的工作流程如下: 用户态程序将一些数据值放在寄存器中, 或者使用参数创建一个堆栈(stack frame), 以此表明需要操作系统提供的服务. 用户态程序执行陷阱指令 CPU切换到内核态, 并跳到位于内存指定位置的指令, 这些指令是操作系统的一部分, 他们具有内存保护, 不可被用户态程序访问 这些指令称之为陷阱(trap

内核态: CPU可以访问内存所有数据, 包括外围设备, 例如硬盘, 网卡. CPU也可以将自己从一个程序切换到另一个程序 用户态: 只能受限的访问内存, 且不允许访问外围设备. 占用CPU的能力被剥夺, CPU资源可以被其他程序获取 为什么要有用户态和内核态 由于需要限制不同的程序之间的访问能力, 防止他们获取别的程序的内存数据, 或者获取外围设备的数据, 并发送到网络, CPU划分出两个权限等级 -- 用户态 和 内核态 用户态与内核态的切换 所有用户程序都是运行在用户态的, 但是有时候程序确实需要做一些内核态的事情, 例如从硬盘读取数据, 或者从键盘获取输入等. 而唯一可以做这些事情的就是操作系统, 所以此时程序就需要先操作系统请求以程序的名义来执行这些操作. 这时需要一个这样的机制: 用户态程序切换到内核态, 但是不能控制在内核态中执行的指令 这种机制叫 系统调用 , 在CPU中的实现称之为 陷阱指令 (Trap Instruction) 他们的工作流程如下: 用户态程序将一些数据值放在寄存器中, 或者使用参数创建一个堆栈(stack frame), 以此表明需要操作系统提供的服务. 用户态程序执行陷阱指令 CPU切换到内核态, 并跳到位于内存指定位置的指令, 这些指令是操作系统的一部分, 他们具有内存保护, 不可被用户态程序访问 这些指令称之为陷阱(trap