Linux笔记-用户态与内核态
参考资料：
Linux探秘之用户态与内核态 https://www.cnblogs.com/bakari/p/5520860.html
什么是用户态？什么是内核态?如何区分？ https://blog.csdn.net/hahachenchen789/article/details/79934208
linux系统调用表 https://www.jianshu.com/p/3e7be6febc5c
inux系统调用表(system call table) https://blog.csdn.net/sinat_26227857/article/details/44244433
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`和`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）。
`库函数`实现对系统调用的封装，将简单的业务逻辑接口呈现给用户，方便用户调用。这样的一种组成方式极大增强了程序设计的灵活性，对于简单的操作，我们可以直接调用系统调用来访问资源，对于复杂操作，我们借助于库函数来实现。显然，这样的库函数依据不同的标准也可以有不同的实现版本，如ISO C 标准库，POSIX标准库等。
`Shell`是一个特殊的应用程序，俗称命令行，本质上是一个命令解释器，它下通系统调用，上通各种应用，通常充当着一种“胶水”的角色，来连接各个小功能程序，让不同程序能够以一个清晰的接口协同工作，从而增强各个程序的功能。同时，Shell是可编程的，它可以执行符合Shell语法的文本，这样的文本称为Shell脚本，通常短短的几行Shell脚本就可以实现一个非常大的功能，原因就是这些Shell语句通常都对系统调用做了一层封装。为了方便用户和系统交互，一般，一个Shell对应一个终端，终端是一个硬件设备，呈现给用户的是一个图形化窗口。我们可以通过这个窗口输入或者输出文本。这个文本直接传递给shell进行分析解释，然后执行。
总结一下，用户态的应用程序可以通过三种方式来访问内核态的资源：
1）系统调用
2）库函数
3）Shell脚本
下图是对上图的一个细分结构，从这个图上可以更进一步对内核所做的事有一个“全景式”的印象。
主要表现为：
- 向下控制
硬件资源 - 向内管理
操作系统资源：包括进程的调度和管理、内存的管理、文件系统的管理、设备驱动程序的管理以及网络资源的管理 - 向上则向应用程序提供系统调用的接口。
从整体上来看，整个操作系统分为两层：用户态和内核态，这种分层的架构极大地提高了资源管理的可扩展性和灵活性，而且方便用户对资源的调用和集中式的管理，带来一定的安全性。
附录：系统调用表
系统调用表（点击展开）
https://www.jianshu.com/p/3e7be6febc5c 一、进程控制：
fork 创建一个新进程
clone 按指定条件创建子进程
execve 运行可执行文件
exit 中止进程
_exit 立即中止当前进程
getdtablesize 进程所能打开的最大文件数
getpgid 获取指定进程组标识号
setpgid 设置指定进程组标志号
getpgrp 获取当前进程组标识号
setpgrp 设置当前进程组标志号
getpid 获取进程标识号
getppid 获取父进程标识号
getpriority 获取调度优先级
setpriority 设置调度优先级
modify_ldt 读写进程的本地描述表
nanosleep 使进程睡眠指定的时间
nice 改变分时进程的优先级
pause 挂起进程，等待信号
personality 设置进程运行域
prctl 对进程进行特定操作
ptrace 进程跟踪
sched_get_priority_max 取得静态优先级的上限
sched_get_priority_min 取得静态优先级的下限
sched_getparam 取得进程的调度参数
sched_getscheduler 取得指定进程的调度策略
sched_rr_get_interval 取得按RR算法调度的实时进程的时间片长度
sched_setparam 设置进程的调度参数
sched_setscheduler 设置指定进程的调度策略和参数
sched_yield 进程主动让出处理器,并将自己等候调度队列队尾
vfork 创建一个子进程，以供执行新程序，常与execve等同时使用
wait 等待子进程终止
wait3 参见wait
waitpid 等待指定子进程终止
wait4 参见waitpid
capget 获取进程权限
capset 设置进程权限
getsid 获取会晤标识号
setsid 设置会晤标识号
二、文件系统控制
1、文件读写操作
fcntl 文件控制
open 打开文件
creat 创建新文件
close 关闭文件描述字
read 读文件
write 写文件
readv 从文件读入数据到缓冲数组中
writev 将缓冲数组里的数据写入文件
pread 对文件随机读
pwrite 对文件随机写
lseek 移动文件指针
_llseek 在64位地址空间里移动文件指针
dup 复制已打开的文件描述字
dup2 按指定条件复制文件描述字
flock 文件加/解锁
poll I/O多路转换
truncate 截断文件
ftruncate 参见truncate
umask 设置文件权限掩码
fsync 把文件在内存中的部分写回磁盘
2、文件系统操作
access 确定文件的可存取性
chdir 改变当前工作目录
fchdir 参见chdir
chmod 改变文件方式
fchmod 参见chmod
chown 改变文件的属主或用户组
fchown 参见chown
lchown 参见chown
chroot 改变根目录
stat 取文件状态信息
lstat 参见stat
fstat 参见stat
statfs 取文件系统信息
fstatfs 参见statfs
readdir 读取目录项
getdents 读取目录项
mkdir 创建目录
mknod 创建索引节点
rmdir 删除目录
rename 文件改名
link 创建链接
symlink 创建符号链接
unlink 删除链接
readlink 读符号链接的值
mount 安装文件系统
umount 卸下文件系统
ustat 取文件系统信息
utime 改变文件的访问修改时间
utimes 参见utime
quotactl 控制磁盘配额
三、系统控制
ioctl I/O总控制函数
_sysctl 读/写系统参数
acct 启用或禁止进程记账
getrlimit 获取系统资源上限
setrlimit 设置系统资源上限
getrusage 获取系统资源使用情况
uselib 选择要使用的二进制函数库
ioperm 设置端口I/O权限
iopl 改变进程I/O权限级别
outb 低级端口操作
reboot 重新启动
swapon 打开交换文件和设备
swapoff 关闭交换文件和设备
bdflush 控制bdflush守护进程
sysfs 取核心支持的文件系统类型
sysinfo 取得系统信息
adjtimex 调整系统时钟
alarm 设置进程的闹钟
getitimer 获取计时器值
setitimer 设置计时器值
gettimeofday 取时间和时区
settimeofday 设置时间和时区
stime 设置系统日期和时间
time 取得系统时间
times 取进程运行时间
uname 获取当前UNIX系统的名称、版本和主机等信息
vhangup 挂起当前终端
nfsservctl 对NFS守护进程进行控制
vm86 进入模拟8086模式
create_module 创建可装载的模块项
delete_module 删除可装载的模块项
init_module 初始化模块
query_module 查询模块信息
*get_kernel_syms 取得核心符号,已被query_module代替
四、内存管理
brk 改变数据段空间的分配
sbrk 参见brk
mlock 内存页面加锁
munlock 内存页面解锁
mlockall 调用进程所有内存页面加锁
munlockall 调用进程所有内存页面解锁
mmap 映射虚拟内存页
munmap 去除内存页映射
mremap 重新映射虚拟内存地址
msync 将映射内存中的数据写回磁盘
mprotect 设置内存映像保护
getpagesize 获取页面大小
sync 将内存缓冲区数据写回硬盘
cacheflush 将指定缓冲区中的内容写回磁盘
五、网络管理
getdomainname 取域名
setdomainname 设置域名
gethostid 获取主机标识号
sethostid 设置主机标识号
gethostname 获取本主机名称
sethostname 设置主机名称
六、socket控制
socketcall socket系统调用
socket 建立socket
bind 绑定socket到端口
connect 连接远程主机
accept 响应socket连接请求
send 通过socket发送信息
sendto 发送UDP信息
sendmsg 参见send
recv 通过socket接收信息
recvfrom 接收UDP信息
recvmsg 参见recv
listen 监听socket端口
select 对多路同步I/O进行轮询
shutdown 关闭socket上的连接
getsockname 取得本地socket名字
getpeername 获取通信对方的socket名字
getsockopt 取端口设置
setsockopt 设置端口参数
sendfile 在文件或端口间传输数据
socketpair 创建一对已联接的无名socket
七、用户管理
getuid 获取用户标识号
setuid 设置用户标志号
getgid 获取组标识号
setgid 设置组标志号
getegid 获取有效组标识号
setegid 设置有效组标识号
geteuid 获取有效用户标识号
seteuid 设置有效用户标识号
setregid 分别设置真实和有效的的组标识号
setreuid 分别设置真实和有效的用户标识号
getresgid 分别获取真实的,有效的和保存过的组标识号
setresgid 分别设置真实的,有效的和保存过的组标识号
getresuid 分别获取真实的,有效的和保存过的用户标识号
setresuid 分别设置真实的,有效的和保存过的用户标识号
setfsgid 设置文件系统检查时使用的组标识号
setfsuid 设置文件系统检查时使用的用户标识号
getgroups 获取后补组标志清单
setgroups 设置后补组标志清单
八、进程间通信
ipc 进程间通信总控制调用
1、信号
sigaction 设置对指定信号的处理方法
sigprocmask 根据参数对信号集中的信号执行阻塞/解除阻塞等操作
sigpending 为指定的被阻塞信号设置队列
sigsuspend 挂起进程等待特定信号
signal 参见signal
kill 向进程或进程组发信号
*sigblock 向被阻塞信号掩码中添加信号,已被sigprocmask代替
*siggetmask 取得现有阻塞信号掩码,已被sigprocmask代替
*sigsetmask 用给定信号掩码替换现有阻塞信号掩码,已被sigprocmask代替
*sigmask 将给定的信号转化为掩码,已被sigprocmask代替
*sigpause 作用同sigsuspend,已被sigsuspend代替
sigvec 为兼容BSD而设的信号处理函数,作用类似sigaction
ssetmask ANSI C的信号处理函数,作用类似sigaction
2、消息
msgctl 消息控制操作
msgget 获取消息队列
msgsnd 发消息
msgrcv 取消息
3、管道
pipe 创建管道
4、信号量
semctl 信号量控制
semget 获取一组信号量
semop 信号量操作
5、共享内存
shmctl 控制共享内存
shmget 获取共享内存
shmat 连接共享内存
shmdt 拆卸共享内存
系统调用表(含系统调用号)
https://blog.csdn.net/sinat_26227857/article/details/44244433
