Linux系统调用及其效率

操作系统相关概念:

操作系统---管理计算机硬件与软件资源的软件,是用户与系统操作交互的接口,为在它上面运行的程序提供服务。

操作系统内核 ----操作系统的核心。负责管理系统的进程、内核、设备驱动程序。文件和网络系统,一套内核不是一套完整的操作系统,如Linux。

Linux操作系统---基于Linux内核的操作系统,通常由Linux内核、Shell、文件系统和应用程序。常见的有RetHat 、Fedora 、Centos 、Ubuntu和Andriod。

Linux的运行空间:

Linux的运行空间 = 内核空间 + 用户空间

内核空间 ---存放的是整个内核代码和所有内核模块,以及内核所维护的数据。

用户空间---用户程序的代码和数据。

什么是系统调用?

操作系统提供给用户程序调用的系统服务(硬件设备)的一组特殊的接口。

系统调用可以被看成是一个内核与用户空间程序交互的接口——他好比一个信使,把用户进程的请求传达给内核,

待内核将请求处理完毕后,再将处理的结果送回给用户空间。

系统调用的必要性:

1)把用户从底层的硬件编程中解放出来

  与具体的硬件完全隔离,用户不需要面向具体的硬件编码,降低了开发的发杂性和难度。

2)极大的提高了系统的安全性与稳定性

  将用户进程隔离,实现内核“保护”,用户进程不允许访问数据,也无法使用内核函数,用户访问内核的路径是事先定义好的,

只能从规定位置进入内核,而不准肆意跳入内核,有了这样限于内核的统一访问方式才能保证内核的安全无误。

3)使用户程序具有可移植性

  不同平台,不同硬件。略略略。

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系统调用的实现:

简单的来讲,系统调用实现所依靠的是软件中断。那么何为软件中断?

  软件中断——他是通过软件指令触发的中断,Linux系统内核响应软件中断,从用户态切换到内核态执相应的系统调用。中断

指计算机运行过程中,出现某些意外情况需要主机干预时,机器能够自动停止处理正在运行的程序并转入处理新情况的程序,处理完

毕后,有转回被暂停的程序继续执行。

系统调用控制程序执行软件中断的过程如下:

  1)在进程的内核态堆栈中保存大多数寄存器的内容(即保存恢复进程到用户态执行所需要的上下文)

  2)根据用户态传递的系统调用号,确定系统调用的执行程序

  3)调用相应的执行程序来处理系统调用

  4)从系统调用返回(恢复用户空间的程序运行)

前面提到了系统调用号,系统调用号是什么呢?

系统调用号——每一个系统调用被赋予一个系统调用号,与具体的系统调用相关联。

系统调用表——内核维护系统调用表,保存系统调用函数的起始地址,系统调用号对应系统在系统调用中的偏移量。

执行系统调用的方法:

一)glibc库函数——glibc是Linux下使用的开源标准C库,他是GUN发布的libc,即运行时库。

  1)每个特定的系统调用对应至少一个glibc封装的库函数

  2)多个API有可能只对应同一个系统调用

  3)返回值-1在多数情况下表示内核不能满足进程的请求

  4)Libc中定义的errno变量包含特定的出错码

  GLIB库函数实例

  

二)syscall调用——glibc提供的syscall函数直接调用。

函数原型:long int syscall(long int sysno, ...)

传参说明:sysno是系统调用号,唯一标识系统调用号,详见sys/syscall.h

     ...为剩余可变长的参数,为系统调用所带的参数,根据系统调用的不同,可带0~5个不等的参数,

     如果超过特定系统调用所能带的参数,多余的参数被忽略。

返回值:该函数返回值为特定系统调用的返回值,在系统调用成功之后你可以将返回值转化为特定的类型,

     如果系统调用失败则返回-1,错误代码存放在errno中。

  Syscall调用实例

  

Glibc调用与Syscall调用的对比

-----------------------如何高效的执行Linux系统调用---------------------------

系统调用会影响效率?

频繁使用底层的系统调用会影响程序的执行效率!why? ——罪魁祸首—用户态和内核态的切换。

  1)保存用户进程现场

  2)合法性检查(如内存)

  3)参数传递

  4)恢复现场

  

如何避免系统调用时的效率问题?

  1)多调用GLIBC库,如果GLIBC库中能找到,就毫不犹豫的使用它。

  2)尽可能少调用系统接口,能一次搞定的避免多次。

原文地址:https://www.cnblogs.com/wangkeqin/p/9201703.html

时间: 2024-11-06 20:55:50

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