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系統(tǒng)調(diào)用的概念簡介
操作系統(tǒng)在其核心中設置了一組用于實現(xiàn)各種系統(tǒng)功能的子程序(即過程)，供應用程序調(diào)用。由于OS系統(tǒng)過程的特殊性，使應用程序不能采用一般的過程調(diào)用方式來調(diào)用這些過程，而是利用一種系統(tǒng)調(diào)用命令，去調(diào)用所需的系統(tǒng)過程。下面是小編幫大家整理的系統(tǒng)調(diào)用的概念簡介，歡迎大家分享。
(1)運行在不同的狀態(tài)。一般的過程調(diào)用，其調(diào)用程序和被調(diào)用程序都運行在相同的狀態(tài)一系統(tǒng)態(tài)或用戶態(tài);而在系統(tǒng)調(diào)用中，調(diào)用程序通常運行在用戶態(tài)，被調(diào)用程序運行在系統(tǒng)態(tài)。
(2)系統(tǒng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。由于一般的過程調(diào)用并不涉及系統(tǒng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，故可直接由調(diào)用過程轉(zhuǎn)向被調(diào)用過程。但在運行系統(tǒng)調(diào)用時，由于調(diào)用和被調(diào)用過程是工作在不同的系統(tǒng)狀態(tài)，因而不允許由調(diào)用過程直接轉(zhuǎn)向被調(diào)用過程。通常都是通過軟中斷機制，先由用戶態(tài)轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)態(tài)，經(jīng)內(nèi)核分析后，才能轉(zhuǎn)向相應的系統(tǒng)調(diào)用處理子程序。
(3)返回問題。在采用了搶占式(剝奪)調(diào)度方式的系統(tǒng)中，在被調(diào)用過程執(zhí)行完后，要對系統(tǒng)中所有要求運行的進程做優(yōu)先權(quán)分析。當調(diào)用進程仍具有最髙優(yōu)先級時，才返回到調(diào)用進程繼續(xù)執(zhí)行;否則，將引起重新調(diào)度，以便讓優(yōu)先權(quán)最高的進程優(yōu)先執(zhí)行。此吋，需要把調(diào)用進程放入就緒隊列。
(4)嵌套調(diào)用。像一般過程一樣，系統(tǒng)調(diào)用也可以嵌套進行，即在一個被調(diào)用過程的執(zhí)行期間,還可以利用系統(tǒng)調(diào)用命令去調(diào)用另一個系統(tǒng)調(diào)用。當然，每個系統(tǒng)對嵌套調(diào)用的深度都有一定的限制，通常深度不超過6
拓展：操作系統(tǒng)原理
什么是進程?
進程的出現(xiàn)，是為了是操作系統(tǒng)可以以一種有序的方式管理應用的執(zhí)行，以達到以下目的：
資源對多個應用程序是可用的;
物理處理器在多個應用程序之間切換以保證所有程序都在執(zhí)行中;
處理器和I/O設備能得到充分利用;
所有現(xiàn)在操作系統(tǒng)采用的方法都是依據(jù)一個或者多個進程存在的應用程序執(zhí)行的一種模型。 到底什么是進程呢?
進程是一組元素組成的實體，它可以是一個正在執(zhí)行中的程序，也可以是一個能分配給處理器并由處理器執(zhí)行的實體。
進程的兩個基本元素是：程序代碼(program code)和代碼相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集(set of data)。
在進程執(zhí)行時，任意給定一個時間，進程都可以唯一地表征為以下元素：
標識符：進程的唯一標識符，用來區(qū)別其他進程
狀態(tài)：進程在不同的生命周期有著不同的狀態(tài)
優(yōu)先級：相對于其他進程的優(yōu)先級
程序計數(shù)器：程序中即將被執(zhí)行的下一條指令的地址
內(nèi)存指針：包含程序代碼和進程相關(guān)數(shù)據(jù)的指針，還有和其他進程共享內(nèi)存塊的指針
I/O狀態(tài)信息：包括顯示的I/O請求、分配給進程的I/O設備和被進程使用的文件列表等
記賬信息：可能包括處理器時間總和、使用的時鐘數(shù)總和、時間限制、記賬號等
上述的列表信息被存放在一個稱為進程控制塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，該控制塊由操作系統(tǒng)創(chuàng)建 和管理。
進程狀態(tài)
在任何時刻，進程可以處于以下兩種狀態(tài)之一：運行態(tài)和未運行態(tài)，這是最簡單的兩狀態(tài)模型。在這個模型中，會有一個調(diào)度器(dispatcher)，使處理器從一個進程切換到另外一個進程。
'內(nèi)存狀態(tài)轉(zhuǎn)換'
由于存在著一些處于非運行狀態(tài)但已經(jīng)就緒等待執(zhí)行的進程，而同時存在另外一些處于堵塞狀態(tài)等待I/O操作結(jié)束的進程。
因此，解決這一問題比較自然的方法是使用五狀態(tài)模型： 運行態(tài)、就緒態(tài)、堵塞/等待態(tài)、新建態(tài)和退出態(tài)。
'五狀態(tài)模型'
(1)被掛起的進程
上述的基本狀態(tài)提供了一種為進程建立系統(tǒng)模型的方法，并指導系統(tǒng)的實現(xiàn)。但是，往這個模型中添加其他狀態(tài)也是合理的。
由于處理器的運行速度遠大于I/O，以至于內(nèi)存中所有的進程都在等待I/O的情況也是很常見的。因此，即使是多道程序設計，大多數(shù)處理器仍然可能處于空閑狀態(tài)。
一種解決方案是增大內(nèi)存，使得內(nèi)存中可以存在更多的進程。然而這種方案顯然是治標不治本的。
另外一種解決方案是交換(swapping)。當內(nèi)存中沒有處于就緒狀態(tài)的進程時，操作系統(tǒng)就把被阻塞的進程換出到磁盤中的掛起隊列(suspend queue)。操作系統(tǒng)在此之后取出掛起隊列中的另一個進程，或者接受一個新進程，將其加載到內(nèi)存中運行。這時，在進程狀態(tài)模型中添加了另外一個狀態(tài)：掛起態(tài)。
當操作系統(tǒng)從掛起隊列中取出一個依然阻塞的進程是毫無意義的，因為它仍然沒有準備好執(zhí)行。所以為了區(qū)分被掛起的進程哪些是可以取出的，需要設計另外一種掛起模型：
為了區(qū)分，需要四個狀態(tài)：
就緒態(tài)：進程在內(nèi)存中并可以執(zhí)行
阻塞態(tài)：進程在進程中并等待一個事件
阻塞/掛起態(tài)：進程在外存中并等待一個事件
就緒/掛起態(tài)：進程在外存中，但是只要被載入內(nèi)存就可以執(zhí)行
總結(jié)一下掛起的進程的概念：
進程不能被立即執(zhí)行。
進程可能是或不是正在等待一個事件。如果是，阻塞條件不依賴于掛起條件，阻塞事件的 的發(fā)生不會使進程立即執(zhí)行。
為組織進程的執(zhí)行，可以通過代理把這個進程置于掛起狀態(tài)，代理可以是進程自己，也 可以是父進程或者操作系統(tǒng)。
除非代理顯示的命令操作系統(tǒng)進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，否則進程無法從這個狀態(tài)中轉(zhuǎn)移。
除了因為提供更多的內(nèi)存空間，進程還會因為什么原因被掛起呢?
在所有這些導致進程掛起的情況中，掛起進程的活動都是由最初請求掛起的代理請求的。
進程描述
操作系統(tǒng)控制計算機系統(tǒng)內(nèi)部的事件，它為處理器執(zhí)行進程而進行調(diào)度「schedule」和分派 「dispatch」，給進程分配資源，并響應用戶程序的基本服務請求。因此，操作系統(tǒng)可以被視為管理系統(tǒng)資源的實體。
操作系統(tǒng)為了控制進程和管理資源需要哪些信息呢?
(1)操作系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)
為了管理進程和資源，操作系統(tǒng)構(gòu)造并維護它所管理的每個實體的信息表。
操作系統(tǒng)維護四種不同類型的表：內(nèi)存、I/O、文件和進程。
內(nèi)存表「memory tables」用于跟蹤內(nèi)存和外存。內(nèi)存表必須包括一下信息：
分配給進程的內(nèi)存
分配給進程的外存
內(nèi)存塊或者虛擬內(nèi)存塊的保護屬性
管理虛擬內(nèi)存所需要的任何信息
I/O表「I/O tables」用于管理計算機系統(tǒng)中的I/O設備和通道。在任何給定的時刻，一個I/O 設備或者是可用的，或者是已分配給某個特定的進程。如果正在進行I/O操作，則操作系統(tǒng)需 要知道I/O操作的狀態(tài)和作為I/O傳送的源與目標的內(nèi)存單元。
文件表「file tables」用于提供關(guān)于文件是否存在、文件在外存中的位置、當前狀態(tài)和屬性 的信息。
進程表「process tables」為了管理和操作進程所必須使用的表。
(2)進程控制結(jié)構(gòu)
操作系統(tǒng)在管理和控制進程時，首先必須知道進程的位置，然后，它必須知道在管理時所必需的進程的屬性(如進程ID、進程狀態(tài))。
進程位置
想一個最基本的問題：進程的物理表示是什么?
回想之前關(guān)于進程的定義，進程至少包括一個或者一組被執(zhí)行的程序，與這些程序相關(guān)聯(lián)的 局部變量、全局變量和任何已定義常量的數(shù)據(jù)單元。因此，一個進程至少包括足夠的內(nèi)存空 間，以保存該進程的程序和數(shù)據(jù);此外，程序的執(zhí)行通常設計用于跟蹤過程調(diào)用和過程間參 數(shù)傳遞的棧。最后，與每個進程相關(guān)聯(lián)的還有操作系統(tǒng)用于控制進程的許多屬性，也就是進 程控制塊。程序、數(shù)據(jù)、棧和屬性的集合稱為進程映像「process image」。
在最簡單的情況下，進程映像保存在鄰近的活連續(xù)的存儲塊中。因此，操作系統(tǒng)必須知道每 個進程在磁盤中的位置;對于在內(nèi)存中的進程，需要知道其在內(nèi)存中的位置。
現(xiàn)代操作系統(tǒng)嘉定分頁硬件允許用不連續(xù)的物理內(nèi)存來支持部分常駐內(nèi)存的程序。在任何給 定的時刻，進程映像的一部分可以在內(nèi)存中，剩余部分可以在外存中。因此，操作系統(tǒng)維護 的進程表必須表明每個進程映像中每頁的位置。
進程屬性
操作系統(tǒng)所需要的每個進程信息的簡單分類：
進程標識信息
進程狀態(tài)信息
進程控制信息
所有的操作系統(tǒng)中，每個進程都分配了唯一的一個數(shù)字來表示進程標識符。除此之外， 還分配一個用戶標識符，用于表明擁有該進程的用戶。
處理器狀態(tài)信息包括處理器寄存器的內(nèi)容。當進程被中斷時，所有寄存器中的信息必須 被保存起來，使得進程恢復執(zhí)行時，這些信息可以被恢復。
進程控制塊中的第三類主要信息是進程控制信息，用于操作系統(tǒng)控制和協(xié)調(diào)各種活動進 程所需要的額外信息。
進程控制塊中可能還包含構(gòu)造信息，包括將進程控制塊鏈接起來的指針。
進程控制塊的作用
進程控制塊是操作系統(tǒng)中最重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。操作系統(tǒng)中的每個模塊，包括那些設計調(diào)度、 資源分配、中斷處理、性能檢測和分析的模塊，都可能讀取或者修改進程控制塊。
進程控制
(1)執(zhí)行模式
為了保護操作系統(tǒng)和重要的操作系統(tǒng)表不受用戶程序的干涉，操作系統(tǒng)通常使用兩種模式管理進程：特權(quán)模式『也稱為系統(tǒng)模式(system mode)、控制模式(control mode)或者內(nèi)核模式 (kernel mode)』，和用戶模式。
在內(nèi)核模式下，軟件具有對處理器及所有指令、寄存器和內(nèi)存的控制能力，這一級的控制對用戶程序不是必需的，并且為了安全也不是用戶程序可以訪問的。
(2)進程創(chuàng)建
操作系統(tǒng)一般安裝以下步驟創(chuàng)建進程：
給進程分配一個唯一的進程標識符。此時，主進程表中增加一條新表項，其對應該進程。
給進程分配空間。包括進程映像中的所有元素。
初始化進程控制塊。進程控制信息部分的初始化基于標準默認值和為該進程所請求的屬 性。
設置正確的連接。
創(chuàng)建或者擴充其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
(3)進程切換
關(guān)于進程切換，有著一些問題。
進程什么時候進程切換?
執(zhí)行模式切換和進程切換之間有什么區(qū)別?
進程切換時，操作系統(tǒng)必須對它控制的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)做什么?
何時切換進程
通常，下列原因可能造成進程切換。
模式切換
如果存在一個未處理的中斷，處理器會做以下工作：
把程序計數(shù)器置成中斷處理程序的開始地址。
從用戶模式切換到特權(quán)模式，使得中斷處理代碼可以包含有特權(quán)的指令。
進程的狀態(tài)變化
如果當前正在運行的進程被轉(zhuǎn)換到另外一個狀態(tài)(就緒、掛起等)，則操作系統(tǒng)必須使其環(huán)境發(fā)生實質(zhì)性的變化：
保存處理器的上下文環(huán)境，包括程序計數(shù)器和其他寄存器。
更新當前處于運行態(tài)進程的進程控制塊，包括將進程狀態(tài)改變到另外一個狀態(tài)。
將進程的進程控制塊移 到相應的隊列。
選擇另一個進程執(zhí)行。
更新所算則進程的進程控制塊。
更新內(nèi)存管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
恢復處理器在被選擇的進程最近一次切換出運行狀態(tài)時的上下文環(huán)境。
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