系统调用的概念简介

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系统调用的概念简介

　　操作系统在其核心中设置了一组用于实现各种系统功能的子程序(即过程)，供应用程序调用。由于OS系统过程的特殊性，使应用程序不能采用一般的过程调用方式来调用这些过程，而是利用一种系统调用命令，去调用所需的系统过程。下面是小编帮大家整理的系统调用的概念简介，欢迎大家分享。

　　(1)运行在不同的状态。一般的过程调用，其调用程序和被调用程序都运行在相同的状态一系统态或用户态;而在系统调用中，调用程序通常运行在用户态，被调用程序运行在系统态。

　　(2)系统状态的转换。由于一般的过程调用并不涉及系统状态的转换，故可直接由调用过程转向被调用过程。但在运行系统调用时，由于调用和被调用过程是工作在不同的系统状态，因而不允许由调用过程直接转向被调用过程。通常都是通过软中断机制，先由用户态转换为系统态，经内核分析后，才能转向相应的系统调用处理子程序。

　　(3)返回问题。在采用了抢占式(剥夺)调度方式的系统中，在被调用过程执行完后，要对系统中所有要求运行的进程做优先权分析。当调用进程仍具有最髙优先级时，才返回到调用进程继续执行;否则，将引起重新调度，以便让优先权最高的进程优先执行。此吋，需要把调用进程放入就绪队列。

　　(4)嵌套调用。像一般过程一样，系统调用也可以嵌套进行，即在一个被调用过程的执行期间,还可以利用系统调用命令去调用另一个系统调用。当然，每个系统对嵌套调用的深度都有一定的限制，通常深度不超过6

　　拓展：操作系统原理

　　什么是进程?

　　进程的出现，是为了是操作系统可以以一种有序的方式管理应用的执行，以达到以下目的：

　　资源对多个应用程序是可用的;

　　物理处理器在多个应用程序之间切换以保证所有程序都在执行中;

　　处理器和I/O设备能得到充分利用;

　　所有现在操作系统采用的方法都是依据一个或者多个进程存在的应用程序执行的一种模型。到底什么是进程呢?

　　进程是一组元素组成的实体，它可以是一个正在执行中的程序，也可以是一个能分配给处理器并由处理器执行的实体。

　　进程的两个基本元素是：程序代码(program code)和代码相关联的数据集(set of data)。

　　在进程执行时，任意给定一个时间，进程都可以唯一地表征为以下元素：

　　标识符：进程的唯一标识符，用来区别其他进程

　　状态：进程在不同的生命周期有着不同的状态

　　优先级：相对于其他进程的优先级

　　程序计数器：程序中即将被执行的下一条指令的地址

　　内存指针：包含程序代码和进程相关数据的指针，还有和其他进程共享内存块的指针

　　I/O状态信息：包括显示的I/O请求、分配给进程的I/O设备和被进程使用的文件列表等

　　记账信息：可能包括处理器时间总和、使用的时钟数总和、时间限制、记账号等

　　上述的列表信息被存放在一个称为进程控制块的数据结构中，该控制块由操作系统创建和管理。

　　进程状态

　　在任何时刻，进程可以处于以下两种状态之一：运行态和未运行态，这是最简单的两状态模型。在这个模型中，会有一个调度器(dispatcher)，使处理器从一个进程切换到另外一个进程。

　　'内存状态转换'

　　由于存在着一些处于非运行状态但已经就绪等待执行的进程，而同时存在另外一些处于堵塞状态等待I/O操作结束的进程。

　　因此，解决这一问题比较自然的方法是使用五状态模型：运行态、就绪态、堵塞/等待态、新建态和退出态。

　　'五状态模型'

　　(1)被挂起的进程

　　上述的基本状态提供了一种为进程建立系统模型的方法，并指导系统的实现。但是，往这个模型中添加其他状态也是合理的。

　　由于处理器的运行速度远大于I/O，以至于内存中所有的进程都在等待I/O的情况也是很常见的。因此，即使是多道程序设计，大多数处理器仍然可能处于空闲状态。

　　一种解决方案是增大内存，使得内存中可以存在更多的进程。然而这种方案显然是治标不治本的。

　　另外一种解决方案是交换(swapping)。当内存中没有处于就绪状态的进程时，操作系统就把被阻塞的进程换出到磁盘中的挂起队列(suspend queue)。操作系统在此之后取出挂起队列中的另一个进程，或者接受一个新进程，将其加载到内存中运行。这时，在进程状态模型中添加了另外一个状态：挂起态。

　　当操作系统从挂起队列中取出一个依然阻塞的进程是毫无意义的，因为它仍然没有准备好执行。所以为了区分被挂起的进程哪些是可以取出的，需要设计另外一种挂起模型：

　　为了区分，需要四个状态：

　　就绪态：进程在内存中并可以执行

　　阻塞态：进程在进程中并等待一个事件

　　阻塞/挂起态：进程在外存中并等待一个事件

　　就绪/挂起态：进程在外存中，但是只要被载入内存就可以执行

　　总结一下挂起的进程的概念：

　　进程不能被立即执行。

　　进程可能是或不是正在等待一个事件。如果是，阻塞条件不依赖于挂起条件，阻塞事件的的发生不会使进程立即执行。

　　为组织进程的执行，可以通过代理把这个进程置于挂起状态，代理可以是进程自己，也可以是父进程或者操作系统。

　　除非代理显示的命令操作系统进行状态转换，否则进程无法从这个状态中转移。

　　除了因为提供更多的内存空间，进程还会因为什么原因被挂起呢?

　　在所有这些导致进程挂起的情况中，挂起进程的活动都是由最初请求挂起的代理请求的。

　　进程描述

　　操作系统控制计算机系统内部的事件，它为处理器执行进程而进行调度「schedule」和分派「dispatch」，给进程分配资源，并响应用户程序的基本服务请求。因此，操作系统可以被视为管理系统资源的实体。

　　操作系统为了控制进程和管理资源需要哪些信息呢?

　　(1)操作系统的控制结构

　　为了管理进程和资源，操作系统构造并维护它所管理的每个实体的信息表。

　　操作系统维护四种不同类型的表：内存、I/O、文件和进程。

　　内存表「memory tables」用于跟踪内存和外存。内存表必须包括一下信息：

　　分配给进程的内存

　　分配给进程的外存

　　内存块或者虚拟内存块的保护属性

　　管理虚拟内存所需要的任何信息

　　I/O表「I/O tables」用于管理计算机系统中的I/O设备和通道。在任何给定的时刻，一个I/O 设备或者是可用的，或者是已分配给某个特定的进程。如果正在进行I/O操作，则操作系统需要知道I/O操作的状态和作为I/O传送的源与目标的内存单元。

　　文件表「file tables」用于提供关于文件是否存在、文件在外存中的位置、当前状态和属性的信息。

　　进程表「process tables」为了管理和操作进程所必须使用的表。

　　(2)进程控制结构

　　操作系统在管理和控制进程时，首先必须知道进程的位置，然后，它必须知道在管理时所必需的进程的属性(如进程ID、进程状态)。

　　进程位置

　　想一个最基本的问题：进程的物理表示是什么?

　　回想之前关于进程的定义，进程至少包括一个或者一组被执行的程序，与这些程序相关联的局部变量、全局变量和任何已定义常量的数据单元。因此，一个进程至少包括足够的内存空间，以保存该进程的程序和数据;此外，程序的执行通常设计用于跟踪过程调用和过程间参数传递的栈。最后，与每个进程相关联的还有操作系统用于控制进程的许多属性，也就是进程控制块。程序、数据、栈和属性的集合称为进程映像「process image」。

　　在最简单的情况下，进程映像保存在邻近的活连续的存储块中。因此，操作系统必须知道每个进程在磁盘中的位置;对于在内存中的进程，需要知道其在内存中的位置。

　　现代操作系统嘉定分页硬件允许用不连续的物理内存来支持部分常驻内存的程序。在任何给定的时刻，进程映像的一部分可以在内存中，剩余部分可以在外存中。因此，操作系统维护的进程表必须表明每个进程映像中每页的位置。

　　进程属性

　　操作系统所需要的每个进程信息的简单分类：

　　进程标识信息

　　进程状态信息

　　进程控制信息

　　所有的操作系统中，每个进程都分配了唯一的一个数字来表示进程标识符。除此之外，还分配一个用户标识符，用于表明拥有该进程的用户。

　　处理器状态信息包括处理器寄存器的内容。当进程被中断时，所有寄存器中的信息必须被保存起来，使得进程恢复执行时，这些信息可以被恢复。

　　进程控制块中的第三类主要信息是进程控制信息，用于操作系统控制和协调各种活动进程所需要的额外信息。

　　进程控制块中可能还包含构造信息，包括将进程控制块链接起来的指针。

　　进程控制块的作用