操作系統概念學習筆記 6

系統調用

系統調用

系統調用(system call)，通經常使用c或c++編寫，對底層任務(如需直接訪問硬件)可能以匯編語言指令的情勢提供。

1個系統調用的例子：
編寫1個從1個文件讀取數據并復制到另外一個文件的簡單程序，則需要以下系統調用序列：

獲得輸入文件名：

• 屏幕輸入提示
• 接收輸入

獲得輸出文件名：

• 屏幕輸入提示
• 接收輸入

打開輸入文件：

• 如果文件不存在，放棄

loop：

• 讀取輸入文件
• 寫入輸出文件

直到讀取失敗
關閉輸出文件
將完成信息輸出到屏幕
正常結束

但是， 1般程序開發人員根據利用程序接口(API)設計程序，有3種經常使用的API：

1.適用于windows系統的win32　API

2.適用于POSIX系統的POSIX API（包括UNIX、Linux 和Mac OS X 版本）

3.設計運行于java虛擬機程序的java API

在后臺，組成API的函數通常為利用程序員調用實際的系統調用。

向操作系統傳遞參數有3種方法

1. 最簡單的是通過寄存器來傳遞參數

2. 不過有時參數數量會比寄存器多。這時候，這些參數通常存在內存的塊和表中，并將塊的地址通過寄存器來傳遞。linux采取這樣的方法。

3. 參數還可壓入堆棧中，并通過操作系統彈出。

系統調用類型

系統調用大致可分5類：進程控制、文件管理、、裝備管理、信息保護、通訊。

• 進程控制
  
  • 結束，放棄
  • 裝入履行
  • 創建進程，終止進程
  • 獲得進程屬性，設置進程屬性
  • 等待時間
  • 等待事件，喚醒事件
  • 分配與釋放內存
• 文件管理
  
  • 創建文件，刪除文件
  • 打開，關閉
  • 讀，寫，重定位
  • 獲得文件屬性，設置文件屬性
• 裝備管理
  
  • 要求裝備，釋放裝備
  • 讀，寫，重定位
  • 獲得裝備屬性，設置裝備屬性
  • 邏輯連接或斷開裝備
• 信息保護
  
  • 讀取時間和日期，設置時間或日期
  • 讀取系統數據，設置系統數據
  • 讀取進程，文件或裝備屬性
  • 設置進程，文件或這杯屬性
• 通訊
  
  • 創建，刪除通訊系統
  • 發送，接受消息
  • 傳遞狀態消息
  • 鏈接或斷開遠程裝備

進程控制

運行程序需要能正常或非正常地中斷其履行（end或abort）

如果1個系統調用被用來非正常的中斷履行程序，或程序運行碰到問題引發毛病圈套，那末可能會有內存信息轉儲并產生1個毛病信息。內存信息轉儲通常寫到磁盤上，并被調試器（幫助程序員發現和檢查毛病的系統程序）檢查和肯定問題緣由。操作系統必須將控制權轉交給命令解釋器。命令解釋器緊接著讀取下1個命令。

對交互系統：
命令解釋器簡單的讀取下1個命令，由于假定用戶會采取適合的命令處理毛病

對GUI系統：
1個彈出窗口提示毛病并提個建議

對批處理系統：
命令解釋器終止全部作業并繼續下1個作業。出現毛病時，有的系統允許控制卡指出1個具體的恢復動作。控制卡是1個批處理概念，他是1個管理進程履行的命令。可定義1個毛病級別。更加嚴重的毛病可用更高級的毛病參數來表示。命令解釋器和下1個程序能利用毛病級別自動決定下1個動作。

履行1個程序或作業可能需要裝入另外一個程序。這1點允許命令解釋器來履行1個程序，該命令可通過用戶命令，鼠標單機和批處理命令來表示。當裝入程序終止時：

如果新程序終止時控制權返回到現有程序，那末必須保存現有程序的內存映像。因此，實際上建立1個機制以便1個程序調用另外一個程序。如果兩個程序并發繼續，那末創建了1個新作業和進程以便多道履行。有的系統調用專門用于這1目的（create process 或 submit job）

如果創建新作業和進程，那末應當能夠控制他的履行。這類控制要求能決定和重置進程或作業的屬性，包括優先級、最大允許履行時間等。必要時也要能終止它。

另外一組系統調用有助于調試程序，許多系統提供轉儲內存信息的系統調用，這有助于調試程序，程序trace在履行時能列出所用的每條履行的指令，但是只有少數幾類系統提供。

許多操作系統提供時間表來表示1個程序在某個位置履行的時間。時間表要求具有跟蹤功能或定時　時間中斷。每次定時中斷，會記錄計數器的值。

文件管理

經常使用的文件管理系統調用：

首先能創建和刪除文件。每一個系統調用需要文件名，可能還會需要1些文件屬性。創建文件滯后，就需要打開并使用，也可能需要讀，寫，重定位，最后需要關閉文件。

使用目錄來組織文件系統中的文件，目錄也需要相同的操作。

另外，還最少需要讀取文件屬性和設置文件屬性，有的操作系統提供更多調用，如文件移動和復制。

其余的，1部份可能提供采取代碼或系統調用完成這些操作的API，另外一部份可能僅提供完成這些任務的系統程序。

如果系統程序被其他程序所調用，則其中每個軍可以被其他系統調用視為1個API

裝備管理

程序在履行時需要用到1些資源才能繼續運行，否則，程序必須等待可用的足夠多的資源。

操作系統控制的不同資源可當作裝備看待，這些裝備有些是物理裝備（磁帶），而其他可當作抽象或虛擬的裝備（如文件）。如果系統有多個用戶，那末用戶必須要求裝備以確保能獨自使用它。在使用完裝備以后，用戶需要釋放它。

1旦要求了裝備（并且得到裝備以后），就可以猶如對待文件1樣對裝備進行讀，寫，重定位。I/O與文件非常類似，以致于許多操作系統（如UNIX）將這二者合并為文件-裝備結構。

信息保護

許多系統調用用來在用戶程序和操作系統間傳遞信息，調用返回的信息多是系統版本、空閑內存、進程信息等

另外，操作系統保護所有進程的信息，有些操作系統調用可訪問這些信息。

通訊

有兩種模型：

消息傳遞模型和同享內存模型。
對消息傳遞模型，通訊進程彼此交換消息來交換信息。

對同享內存模型，進程使用 shared memory create 和 shared memory attach系統調用來取得其他進程所具有的內存區域的訪問權。

系統程序

計算機的邏輯層次中，最底層是硬件，上面是操作系統，接著是系統程序，最后是利用程序。

系統程序提供了1個方便的環境，以開發程序和履行程序。其中1小部份唆使系統調用的簡單接口沒其他多是相當復雜的。
它們可分為：

文件管理、狀態信息、文件修改、程序語言支持、程序裝入和履行、通訊。