Системный вызов это кратко

Обновлено: 04.07.2024

Систе́мный вы́зов (англ. system call ) в программировании и вычислительной технике — обращение прикладной программы к ядру операционной системы для выполнения какой-либо операции.

Современные операционные системы (ОС) предусматривают разделение времени между выполняющимися вычислительными процессами (многозадачность) и разделение полномочий, препятствующее исполняемым программам обращаться к данным других программ и оборудованию. Ядро ОС исполняется в привилегированном режиме работы процессора. Для выполнения межпроцессной операции или операции, требующей доступа к оборудованию, программа обращается к ядру, которое, в зависимости от полномочий вызывающего процесса, исполняет либо отказывает в исполнении такого вызова.

С точки зрения программиста системный вызов обычно выглядит как вызов подпрограммы или функции из системной библиотеки. Однако системный вызов как частный случай вызова такой функции или подпрограммы следует отличать от более общего обращения к системной библиотеке, поскольку последнее может и не требовать выполнения привилегированных операций.

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Системный вызов" в других словарях:

МИРО-СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ — текст И. Валлерстайна , опубликованный в 1987. Согласно Валлерстайну, миро системный анализ это не теория о социальном мире или его части. Это протест против способов, которыми было структурировано социальное научное исследование при его… … Социология: Энциклопедия

санкционированный вызов — Вызов системы, программы или данных, разрешенный данному пользователю. Как правило, реализуется путем ввода и проверки пароля. [Домарев В.В. Безопасность информационных технологий. Системный подход.] Тематики защита информации EN authorized call … Справочник технического переводчика

Интерфейс системный — Интерфейс (от англ. interface поверхность раздела, перегородка) совокупность средств и методов взаимодействия между элементами системы. В зависимости от контекста, понятие применимо как к отдельному элементу (интерфейс элемента), так и к… … Википедия

GNU Assembler — (GAS) Тип ассемблер Разработчик Фонд свободного ПО Написана на C Операционная система кроссплатформенное ПО Аппаратная платформа кроссплатформенное ПО Последняя версия 2.20.1 (3 ма … Википедия

Библиотека потоков POSIX — (англ. Native POSIX Thread Library, англ. NPTL) набор программного кода, позволяющего ядру операционной системы Linux достаточно эффективно выполнять программы, использующие потоки POSIX. В настоящее время интегрирована в библиотеку… … Википедия

SIGSYS — Описание: Неправильный аргумент системного вызова По умолчанию: завершение процесса коды SA SIGINFO (не имеет специфических кодов) В POSIX системах, SIGSYS сигнал, предназначенный для посылки программе, при попытке передать… … Википедия

Fork — У этого термина существуют и другие значения, см. Форк (значения). В Unix системах, fork() системный вызов, создающий новый процесс( потомок), который является почти точной копией процесса( родителя), выполняющего этот вызов. Между… … Википедия

fork — У этого термина существуют и другие значения, см. Форк (значения). В Unix системах, fork() системный вызов, создающий новый процесс (потомок), который является практически полной копией процесса родителя, выполняющего этот вызов. Между… … Википедия

Chroot — операция изменения корневого каталога в Unix подобных операционных системах. Программа, запущенная с изменённым корневым каталогом, будет иметь доступ только к файлам, содержащимся в данном каталоге. Поэтому, если нужно обеспечить программе… … Википедия

Что такое системный вызов в операционной системе?

Системный вызов является механизмом , который обеспечивает интерфейс между процессом и операционной системой. Это программный метод, при котором компьютерная программа запрашивает сервис у ядра ОС.

Системный вызов предлагает услуги операционной системы пользовательским программам через API (интерфейс прикладного программирования). Системные вызовы являются единственными точками входа в систему ядра.

Из этого руководства по операционной системе вы узнаете:

Пример системного вызова

Например, если нам нужно написать программный код для чтения данных из одного файла, скопируйте эти данные в другой файл. Первой информацией, которая требуется программе, является имя двух файлов, входных и выходных файлов.

В интерактивной системе этот тип выполнения программы требует некоторых системных вызовов ОС.

Первый звонок — написать подсказку на экране
Во-вторых, чтобы прочитать с клавиатуры, символы, которые определяют два файла.

Как работает системный вызов?

Вот шаги для системного вызова:

Как вы можете видеть на приведенной выше диаграмме.

Шаг 1) Процессы, выполняемые в пользовательском режиме до тех пор, пока системный вызов не прервет его.

Шаг 2) После этого системный вызов выполняется в режиме ядра в приоритетном порядке.

Шаг 3) По завершении выполнения системного вызова управление возвращается в режим пользователя.,

Зачем вам системные вызовы в ОС?

Ниже приведены ситуации, которые требуют системных вызовов в ОС:

Чтение и запись из файлов требуют системных вызовов.
Если файловая система хочет создать или удалить файлы, требуются системные вызовы.
Системные вызовы используются для создания и управления новыми процессами.
Сетевые подключения требуют системных вызовов для отправки и получения пакетов.
Доступ к аппаратным устройствам, таким как сканер, принтер, требуется системный вызов.

Типы системных вызовов

Вот пять типов системных вызовов, используемых в ОС:

Контроль процесса
Управление файлами
Управление устройством
Информационное обслуживание
связи

Контроль процесса

Эти системные вызовы выполняют задачу создания процесса, завершения процесса и т. Д.

Конец и Прервать
Загрузить и выполнить
Создать процесс и завершить процесс
Ожидание и подписанное событие
Выделить и освободить память

Управление файлами

Системные вызовы управления файлами обрабатывают задания по обработке файлов, такие как создание файла, чтение, запись и т. Д.

Создать файл
Удалить файл
Открыть и закрыть файл
Читать, писать и перемещать
Получить и установить атрибуты файла

Управление устройством

Управление устройствами выполняет работу с устройствами, такими как чтение из буферов устройств, запись в буферы устройств и т. Д.

Запрос и релиз устройства
Логически подключать / отключать устройства
Получить и установить атрибуты устройства

Информационное обслуживание

Он обрабатывает информацию и ее передачу между ОС и программой пользователя.

Получить или установить время и дату
Получить атрибуты процесса и устройства

Связь:

Эти типы системных вызовов специально используются для межпроцессного взаимодействия.

Правила передачи параметров для системного вызова

Вот общие общие правила для передачи параметров в системный вызов:

Параметры должны быть загружены или извлечены из стека операционной системой.
Параметры могут быть переданы в регистрах.
Когда параметров больше, чем регистров, они должны храниться в блоке, а адрес блока должен передаваться в качестве параметра в регистр.

Важные системные вызовы, используемые в ОС

Подождите()

В некоторых системах процесс должен ждать, пока другой процесс завершит свое выполнение. Этот тип ситуации возникает, когда родительский процесс создает дочерний процесс, и выполнение родительского процесса остается приостановленным, пока не выполнится его дочерний процесс.

Приостановка родительского процесса автоматически происходит с помощью системного вызова wait (). Когда дочерний процесс завершает выполнение, элемент управления возвращается к родительскому процессу.

вилка ()

Процессы используют этот системный вызов для создания процессов, которые являются их копиями. С помощью этого системного вызова родительский процесс создает дочерний процесс, и выполнение родительского процесса будет приостановлено до выполнения дочернего процесса.

Этот системный вызов выполняется, когда исполняемый файл в контексте уже запущенного процесса заменяет старый исполняемый файл. Однако исходный идентификатор процесса остается, поскольку новый процесс не создается, но стек, данные, заголовок, данные и т. Д. Заменяются новым процессом.

убийство():

Системный вызов kill () используется ОС для отправки сигнала завершения процессу, который побуждает процесс завершиться. Однако системный вызов kill не обязательно означает уничтожение процесса и может иметь различные значения.

Выход():

Системный вызов exit () используется для прекращения выполнения программы. Этот вызов, особенно в многопоточной среде, определяет, что выполнение потока завершено. ОС восстанавливает ресурсы, которые использовались процессом после использования системного вызова exit ().

В процессе эволюции возникло несколько важных концепций, которые стали неотъемлемой частью теории и практики ОС . Рассматриваемые в данном разделе понятия будут встречаться и разъясняться на протяжении всего курса. Здесь дается их краткое описание.

Системные вызовы

В любой операционной системе поддерживается механизм, который позволяет пользовательским программам обращаться к услугам ядра ОС . В операционных системах наиболее известной советской вычислительной машины БЭСМ-6 соответствующие средства "общения" с ядром назывались экстракодами, в операционных системах IBM они назывались системными макрокомандами и т.д. В ОС Unix такие средства называют системными вызовами .

Системные вызовы ( system calls ) – это интерфейс между операционной системой и пользовательской программой. Они создают, удаляют и используют различные объекты, главные из которых – процессы и файлы. Пользовательская программа запрашивает сервис у операционной системы , осуществляя системный вызов . Имеются библиотеки процедур, которые загружают машинные регистры определенными параметрами и осуществляют прерывание процессора , после чего управление передается обработчику данного вызова , входящему в ядро операционной системы . Цель таких библиотек – сделать системный вызов похожим на обычный вызов подпрограммы.

Основное отличие состоит в том, что при системном вызове задача переходит в привилегированный режим или режим ядра ( kernel mode ). Поэтому системные вызовы иногда еще называют программными прерываниями , в отличие от аппаратных прерываний , которые чаще называют просто прерываниями .

В этом режиме работает код ядра операционной системы , причем исполняется он в адресном пространстве и в контексте вызвавшей его задачи. Таким образом, ядро операционной системы имеет полный доступ к памяти пользовательской программы, и при системном вызове достаточно передать адреса одной или нескольких областей памяти с параметрами вызова и адреса одной или нескольких областей памяти для результатов вызова .

В большинстве операционных систем системный вызов осуществляется командой программного прерывания (INT). Программное прерывание – это синхронное событие, которое может быть повторено при выполнении одного и того же программного кода.

Прерывания

Прерывание ( hardware interrupt ) – это событие, генерируемое внешним (по отношению к процессору ) устройством. Посредством аппаратных прерываний аппаратура либо информирует центральный процессор о том, что произошло какое-либо событие, требующее немедленной реакции (например, пользователь нажал клавишу), либо сообщает о завершении асинхронной операции ввода-вывода (например, закончено чтение данных с диска в основную память). Важный тип аппаратных прерываний – прерывания таймера, которые генерируются периодически через фиксированный промежуток времени. Прерывания таймера используются операционной системой при планировании процессов. Каждый тип аппаратных прерываний имеет собственный номер, однозначно определяющий источник прерывания . Аппаратное прерывание – это асинхронное событие, то есть оно возникает вне зависимости от того, какой код исполняется процессором в данный момент. Обработка аппаратного прерывания не должна учитывать, какой процесс является текущим.

Исключительные ситуации

Исключительная ситуация (exception) – событие, возникающее в результате попытки выполнения программой команды, которая по каким-то причинам не может быть выполнена до конца. Примерами таких команд могут быть попытки доступа к ресурсу при отсутствии достаточных привилегий или обращения к отсутствующей странице памяти. Исключительные ситуации , как и системные вызовы , являются синхронными событиями, возникающими в контексте текущей задачи. Исключительные ситуации можно разделить на исправимые и неисправимые. К исправимым относятся такие исключительные ситуации , как отсутствие нужной информации в оперативной памяти. После устранения причины исправимой исключительной ситуации программа может выполняться дальше. Возникновение в процессе работы операционной системы исправимых исключительных ситуаций считается нормальным явлением. Неисправимые исключительные ситуации чаще всего возникают в результате ошибок в программах (например, деление на ноль). Обычно в таких случаях операционная система реагирует завершением программы, вызвавшей исключительную ситуацию .

Файлы

Файлы предназначены для хранения информации на внешних носителях, то есть принято, что информация, записанная, например, на диске, должна находиться внутри файла. Обычно под файлом понимают именованную часть пространства на носителе информации.

Главная задача файловой системы (file system) – скрыть особенности ввода-вывода и дать программисту простую абстрактную модель файлов, независимых от устройств. Для чтения, создания, удаления, записи, открытия и закрытия файлов также имеется обширная категория системных вызовов (создание, удаление, открытие, закрытие, чтение и т.д.). Пользователям хорошо знакомы такие связанные с организацией файловой системы понятия, как каталог, текущий каталог, корневой каталог, путь. Для манипулирования этими объектами в операционной системе имеются системные вызовы . Файловая система ОС описана в лекциях 11–12.

Процессы, нити

Концепция процесса в ОС одна из наиболее фундаментальных. Процессы подробно рассмотрены в лекциях 2–7. Там же описаны нити, или легковесные процессы.

Системный вызов позволяет приложению обратиться к операционной системе с просьбой выполнить то или иное действие, оформленное как процедура (или набор процедур) кодового сегмента ОС. Для прикладного программиста операционная система выглядит как некая библиотека, предоставляющая некоторый набор полезных функций, с помощью которых можно упростить прикладную программу или выполнить действия, запрещенные в пользовательском режиме, например обмен данными с устройством ввода-вывода.

Реализация системных вызовов должна удовлетворять следующим требованиям:

- обеспечивать переключение в привилегированный режим;

- обладать высокой скоростью вызова процедур ОС;

- обеспечивать по возможности единообразное обращение к системным вызовам для всех аппаратных платформ, на которых работает ОС;

- допускать легкое расширение набора системных вызовов;

- обеспечивать контроль со стороны ОС за корректным использованием системных вызовов.

Первое требование для большинства аппаратных платформ может быть выполнено только с помощью механизма программных прерываний. Поэтому будем считать, что остальные требования нужно обеспечить именно для такой реализации системных вызовов. Как это обычно бывает, некоторые из этих требований взаимно противоречивы.

Для обеспечения высокой скорости было бы полезно использовать векторные свойства системы программных прерываний, имеющиеся во многих процессорах, то есть закрепить за каждым системным вызовом определенное значение вектора. Приложение при таком способе вызова непосредственно указывает в аргументе запроса значение вектора, после чего управление немедленно передается требуемой процедуре операционной системы (рис. 4.14, а). Однако этот децентрализованный способ передачи управления привязан к особенностям аппаратной платформы, а также не позволяет операционной системе легко модифицировать набор системных вызовов и контролировать их использование. Например, в процессоре Pentium количество системных вызовов определяется количеством векторов прерываний, выделенных для этой цели из общего пула в 256 элементов (часть которых используется под аппаратные прерывания и обработку исключений). Добавление нового системного вызова требует от системного программиста тщательного поиска свободного элемента в таблице прерываний, которого к тому же на каком-то этапе развития ОС может и не оказаться.

В большинстве ОС системные вызовы обслуживаются по централизованной схеме, основанной на существовании диспетчера системных вызовов (рис. 4.14, б). При любом системном вызове приложение выполняет программное прерывание с определенным и единственным номером вектора. Например, ОС Linux использует для системных вызовов команду INT 80h, а ОС Windows NT (при работе на платформе Pentium) — INT 2Eh. Перед выполнением программного прерывания приложение тем или иным способом передает операционной системе номер системного вызова, который является индексом в таблице адресов процедур ОС, реализующих системные вызовы (таблица sysent на рис. 4.14). Способ передачи зависит от реализации, например номер можно поместить в определенный регистр общего назначения процессора или передать через стек (в этом случае после прерывания и перехода в привилегированный режим их нужно будет скопировать в системный стек из пользовательского, это действие в некоторых процессорах автоматизировано). Также некоторым способом передаются аргументы системного вызова, они могут как помещаться в регистры общего назначения, так и передаваться через стек или массив, находящийся в оперативной памяти. Массив удобен при большом объеме данных, передаваемых в качестве аргументов, при этом в регистре общего назначения указывается адрес этого массива.

Диспетчер системных вызовов обычно представляет собой простую программу, которая сохраняет содержимое регистров процессора в системном стеке (поскольку в результате программного прерывания процессор переходит в привилегированный режим), проверяет, попадает ли запрошенный номер вызова в поддерживавмый ОС диапазон (то есть не выходит ли номер за границы таблицы) и передает управление процедуре ОС, адрес которой задан в таблице адресов системных вызовов.

Рис. 4.14. Децентрализованная и централизованная схемы обработки системных вызовов

Процедура реализации системного вызова извлекает из системного стека аргументы и выполняет заданное действие. Это действие может быть весьма простым, например чтение значения системных часов, так что системный вызов оформляется в виде одной функции. Более сложные системные вызовы,, такие как чтение из файла или выделение процессу дополнительного сегмента памяти, требуют обращения .основной функции системного вызова к нескольким внутренним процедурам ядра ОС, принадлежащим к различным подсистемам, таким как подсистема ввода-вывода или управления памятью.

После завершения работы системного вызова управление возвращается диспетчеру, при этом он получает также код завершения этого вызова. Диспетчер восстанавливает регистры процессора, помещает в определенный регистр код возврата и выполняет инструкцию возврата из прерывания, которая восстанавливает непривилегированный режим работы процессора.

Описанный табличный способ организации системных вызовов принят практически во всех операционных системах., Он позволяет легко модифицировать состав системных вызовов, просто добавив в таблицу новый адрес и расширив диапазон допустимых номеров вызовов.

Операционная система может выполнять системные вызовы в синхронном или асинхронном режимах. Синхронный системный вызов означает, что процесс, сделавший такой вызов, приостанавливается (переводится планировщиком ОС в состояние ожидания) до тех пор, пока системный вызов не выполнит всю требующуюся от него работу (рис. 4.15, а). После этого планировщик переводит процесс в состояние готовности и при очередном выполнении процесс гарантированно может воспользоваться результатами завершившегося к этому времени системного вызова. Синхронные вызовы называются также блокирующими, так как вызвавший системное действие процесс блокируется до его завершения.

Асинхронный системный вызов не приводит к переводу процесса в режим ожидания после выполнения некоторых начальных системных действий, например запуска операции вывода-вывода, управление возвращается прикладному процессу (рис. 4.15, 6).

Большинство системных вызовов в операционных системах являются синхронными, так как этот режим избавляет приложение от работы по выяснению момента появления результата вызова. Вместе с тем в новых версиях операционных систем количество асинхронных системных вызовов постепенно увеличивается, что дает больше свободы разработчикам сложных приложений. Особенно нужны асинхронные системные вызовы в операционных системах на основе микроядерного подхода, так как при этом в пользовательском режиме работает часть ОС, которым необходимо иметь полную свободу в организации своей работы, а такую свободу дает только асинхронный режим обслуживания вызовов микроядром.