Linux系统调用 | 内核态与用户态的转换

本文介绍了Linux操作系统的体系架构,重点阐述了系统调用的概念,以及用户态如何通过系统调用、异常和外围设备中断三种方式切换到内核态。系统调用是用户访问内核资源的接口,而库函数和Shell脚本则提供了更高级别的抽象。在CPU层面,这种转换涉及到寄存器状态的保存和中断处理程序的执行。

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Unix/Linux的体系架构

如上图所示,从宏观上来看,Linux操作系统的体系架构分为用户态内核态(或者用户空间和内核)。内核从本质上看是一种软件——控制计算机的硬件资源,并提供上层应用程序运行的环境。用户态即上层应用程序的活动空间,应用程序的执行必须依托于内核提供的资源,包括CPU资源、存储资源、I/O资源等。为了使上层应用能够访问到这些资源,内核必须为上层应用提供访问的接口:即系统调用。

系统调用是操作系统的最小功能单位,这些系统调用根据不同的应用场景可以进行扩展和裁剪,现在各种版本的Unix实现都提供了不同数量的系统调用,如Linux的不同版本提供了240-260个系统调用,FreeBSD大约提供了320个(reference:UNIX环境高级编程)。

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