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系统调用

与内核通信

在操作系统中，内核为用户进程与内核交互提供了一组接口，这些接口在应用程序与内核之间起到重要的中介作用，确保系统的稳定性和安全性，防止应用程序随意访问内核空间。

系统调用

系统调用是用户空间进程与硬件设备之间的中间层，它的主要作用包括：

API与C库

在UNIX系统中，应用程序通过API（应用编程接口）进行编程。在Linux系统中，系统调用作为C库的一部分，提供了基于POSIX标准的API。程序员通过API与内核进行交互，系统调用的设计理念强调“提供机制而非策略”，即明确功能的实现方式，但不涉及具体的策略。

系统调用的实现

系统调用通过C库中的函数调用实现，返回值类型为long。成功返回值为0，错误返回值为负数，错误信息通过errno变量和perror函数向用户空间传递。

系统调用号

系统调用号是唯一的，系统调用号一旦确定，不能更改或删除。内核维护了系统调用表sys_call_table，其中每个体系结构都有自己的定义。x86-64体系结构的系统调用号定义在arch/i386/kernel/syscall_64.c文件中。

系统调用的性能

Linux系统调用的性能优异，主要原因在于：

系统调用的处理程序

内核通过触发异常切换到内核态执行系统调用处理程序system_call，中断号为128（在x86中使用int$0x80指令）。x86体系结构还引入了sysenter指令，进一步提升性能。

系统调用参数传递

系统调用处理程序接受前五个参数分别通过ebx、ecx、edx、esi、edi寄存器传递，参数指针存放在eax寄存器中。返回值存放在eax寄存器。

系统调用的实现步骤

系统调用上下文

内核在执行系统调用时处于进程上下文，current指针指向当前进程。系统调用的处理程序可以休眠或被抢占，确保系统调用的可重入性。

系统调用的注册

系统调用的使用

用户程序通过包含标准头文件并使用_syscalln宏调用系统调用的实现。例如，open系统调用通过NR_open宏定义接口。

系统调用的替代方案

如果不使用系统调用，可以选择以下方式：

通过这种方式，Linux保持了系统调用的简洁性和稳定性，避免了功能过于分散的问题。