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法学研究Linux 系统调用详解
介绍
系统调用是 Linux 中一种机制，允许用户空间应用程序与内核（也是构成操作系统核心的一部分）连接。用户空间应用程序需要向内核发送系统调用，以代表其执行特权功能，包括向文件写入或读取信息或启动新进程。在本文中，我们将详细讨论 Linux 系统调用及其各种类型。
Linux 系统调用是如何工作的？
系统调用在内核中执行，用户空间应用程序可以通过 C 库的标准库函数访问它们。其中包括 open()、read()、write()、close()、fork()、exec() 和许多其他函数。
在大多数情况下，用户空间应用程序会组合一组参数，例如要打开的文件的 URL，并将它们传递给相应的标准库函数以进行系统调用。库函数然后组织所有参数，以便可以将它们传递给内核，通常是将它们复制到系统调用表（内存中一个特殊的缓冲区）。
当参数在系统调用表中时，库函数会调用陷阱，这会将控制权从用户空间转移到内核。然后，内核使用系统调用表参数执行请求的操作，并通过系统调用的返回值将结果传递回用户空间。
系统调用是 Linux 操作系统的重要组成部分，因为它们允许用户空间程序以受控和安全的方式执行特权操作。它还提供了一个标准接口来访问内核功能，这有助于提高应用程序的可移植性、系统兼容性和无缝集成。
Linux 系统调用的类型
根据 Linux 系统调用执行的操作，可以将其分为五种类型：
进程管理系统调用 − 这些系统调用用于管理进程，例如启动新进程、停止现有进程和等待进程完成。fork()、exec()、wait() 和 exit() 都是进程管理系统调用的示例。
fork() − 此系统调用复制调用进程以创建一个新进程。子进程是运行与父进程相同程序的新进程。
exec() − exec() 系统调用用于用新的进程映像替换当前进程映像。它将指定的程序加载到内存中并执行它。
wait() − 父进程使用此系统调用来等待其子进程终止。父进程会暂停，直到子进程完成。
exit() − 终止当前进程并将状态码返回给父进程。
文件管理系统调用 − 这些系统调用用于打开、读取、写入和关闭文件，以及创建、重命名和删除文件。一些文件管理系统调用包括 open()、read()、write()、close()、mkdir() 和 rmdir()。
open() − 打开一个文件并返回一个文件描述符（一个标识打开文件的整数）。
read() − 此系统调用从打开的文件中读取数据到内存缓冲区。
write() − 此系统调用用于将存储在内存缓冲区中的数据写入打开的文件。
close() − 此系统调用用于根据其文件描述符关闭文件。
设备管理系统调用 − 这些系统调用用于管理 I/O 设备，例如从设备读取和写入数据、设置设备属性和控制设备操作。设备管理系统调用包括 read()、write()、ioctl() 和 select()。
read() − 此系统调用将数据从输入设备读取到内存缓冲区。
write() − 此系统调用用于将数据从内存缓冲区写入输出设备。
ioctl() − 此系统调用通过设置或检索设备属性来控制设备的行为。
select() − 此系统调用用于等待多个设备上的 I/O 操作完成。
网络管理系统调用 − 这些系统调用用于管理网络资源，例如连接和断开网络、通过网络发送和接收数据以及解析网络地址。socket()、connect()、send() 和 recv() 都是网络管理系统调用的示例。
socket() − 创建一个套接字，这是一个网络端点，可用于通信。
connect() − 此系统调用用于建立与远程网络端点的连接。
send() − 此系统调用用于通过网络连接发送数据。
recv() − 此系统调用用于通过网络连接接收数据。
系统信息系统调用 − 这些系统调用用于查询和更改系统参数，例如时间、配置和性能统计信息。系统信息系统调用包括 getpid()、getuid()、gethostname() 和 sysinfo()。
getpid() − 此系统调用返回当前正在运行的进程的进程 ID。
getuid() − 此系统调用用于获取当前进程的用户 ID。
gethostname() − 此系统调用用于获取系统的主机名。
sysinfo() − 此系统调用返回有关系统的信息，例如可用内存量和正在运行的进程总数。
结论
系统调用是 Linux 和其他操作系统中的一个重要组成部分，它们允许用户空间程序通过标准化接口使用内核功能。根据执行的操作类型，系统调用分为五类：进程管理、文件管理、设备管理、网络管理和系统信息。每个系统调用组包含一组操作，允许用户空间应用程序对底层操作系统执行特定类型的操作。系统调用通过提供访问内核功能的定义接口，有助于提高应用程序和操作系统的兼容性和互操作性。
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