操作系统：系统调用 versus 过程调用

过程调用

• 定义：在一个程序的内部，在一个权限的多个模块之间发生的函数调用

        发生地点在用户空间内部，使用普通的栈来完成参数的传递、保存返回地址和局部变量。调用者和被调用者都拥有相同的级别权限（用户态）无法直接访问受保护的硬件资源。开销很小（参数压栈，出栈，跳转操作等）。

        例子：你自己在携程写程序的时候，调用了一个自己写的sum（）函数，或者使用c标准库中的printf函数（但是需要注意的是printf内部最终会调用系统调用write来真正的在屏幕上进行输出字符的操作，但是调用printf这个函数的动作本身是过程调用）。

系统调用

• 定义：运行在用户态的应用程序需要操作系统的内核为其提供运行的服务，例如请求io操作来和硬件进行交互，系统调用是提供给程序员的编程接口，是程序员编写的程序和操作系统内核交互的唯一方法和接口。

        系统调用的过程发生在内核态。系统调用是一个严格和预先定义的接口，每个系统调用都有一个唯一的系统调用号，来表示一个唯一的服务，例如open和read，write系统调用等，调用的时候，其参数一般需要传入特定的寄存器，以便内核读取。

        系统调用是用户空间程序与内核空间交互的桥梁。程序员在高级语言中调用系统调用函数（如打开文件、读写数据。但这些程序本身只是一个预先定义的函数，和普通函数无二，但是这些函数底层封装了对系统调用的调用，是系统调用的集合和封装，你可以认为是间接通过这些函数请求了操作系统的服务），但这些函数在底层会触发一个软中断。这个软中断使 CPU 从用户模式切换到内核模式（称为“陷入”），内核接管执行，完成请求的服务后返回用户模式。

        当然程序员也不直接编写陷入指令，同样是通过高级语言封装好的函数间接调用。底层指令由编译器或操作系统处理。

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        tip: 这里的内核态，你可以理解为计算机cpu内有一个小开关，这个开关由硬件直接控制（为了保证其安全性），当这个开关置为“1”的时候，表示当前为内核态，反之（“0”）则为用户态，只能执行用户态的程序。

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对比

特性	过程调用	系统调用
发生空间	用户空间内部	从用户空间切换到内核空间
权限级别	不切换（始终用户态）	切换（用户态 -> 内核态 -> 用户态）
实现机制	普通跳转/栈操作	软中断 / 陷阱 / syscall 指令
性能开销	小	比较大（需要上下文切换和安全检查）
安全性	无需额外检查	内核会进行严格的参数和安全检查
依赖性	依赖于编译器/语言	依赖于操作系统内核
例子	my_function(), sqrt()	open(), fork(), send()