操作系统知识点_用户编程接口

3、用户编程接口

函数调用和系统调用

　　函数调用运行在用户空间，为程序员提供调用真正的幕后完成实际事务的是系统调用接口。系统函数是内核提供给应用程序的接口，属于系统的一部分。

函数调用：调用函数库中的一段程序或函数；与用户程序联系；在用户地址空间执行；运行时间属于“用户时间”；属于过程调用，系统开销小；

系统调用：各个系统的系统调用是不同的；调用系统的内核服务；是操作系统的入口点；在内核地址空间执行；“系统”时间；在用户和内核空间切换开销大；unix中有大约90个。如fork，write，brk chdir等

 

用户态和核心态

用户态：非特权态。访问受限。系统调用和中段可进入核心态。可靠性安全性要求低，维护简单。

核心态：特权态。拥有系统资源的状态。可以访问内存所有数据，内核数据结构，如进程表等。CPU可执行任何指令，可随意进入用户态。可靠性和安全性要求高，维护管理复杂。

切换过程：用户程序在用户态运行，但是有时候需要做一些内核态做的事情，程序就需要向操作系统请求执行这些操作，这时候就需要用户态切换到内核态。

 

用户栈和核心栈

　　内核在创建进程时，会为进程创建相应的堆栈。每个进程会有两个栈：用户栈，存在于用户空间；核心栈,存在于内核空间。当进程运行在用户态，CPU堆栈指针寄存器里面的内容是用户栈的地址；当运行在核心态，则为核心栈地址。

　　中断或系统调用，进程会陷入内核态。此时，进程使用的堆栈也要从用户栈转到内核栈。进程陷入内核态后，1、用户态堆栈地止保存在内核栈中；2、设置堆栈指针寄存器内容为内核堆栈地址。完成用户栈转向内核栈。进程从内核回到用户态时，吧内核栈中保存的用户堆栈地址恢复到堆栈指针寄存器即可。

注：当进程陷入内核时，内核栈保存进程在内核态运行的信息；当进程返回用户态时后，内核栈中保存的信息无效，会全部恢复。因此每次进程从用户陷入内核时得到的内核栈都是空的。所以在进程陷入和内核时，直接把内核栈的栈顶地址给堆栈指针寄存器就可以了。

 

静态链接与动态链接

　　静态链接：把要调用的函数或过程放进exe文件中；相同调用时会多个拷贝。（.lib文件）

　　动态链接：加入函数的描述信息（重定位信息）。运行时，简历程序与动态链接库的连接关系。(.dll文件)