特此说明: 刘超的趣谈linux操作系统是比较重要的参考资料，本文大部分内容和所有图片来源于这个专栏。
相关概念
程序vs进程vs命令: Linux系统上所有的操作由
进程
完成，
进程
的运行是动态的，在此之前是一个静态的
程序
。用户用一个程序来启动一个进程，这个程序可以是别人写好的(最终被编译成可执行文件)，比如
ls
、
pwd
cat
，也可以是我们自己写的。
系统调用: 无论如何，程序最后运行起来都是进程，并且一个程序想要在系统上跑，要用到
系统调用
,这是系统给用户提供的API接口。
trace命令: Linux有个命令strace，常用来跟踪进程执行时系统调用和所接收的信号。通过
manstrace
查看具体描述。
Glibc: 作为一个开发者，也许平时并没有直接使用系统调用，而是Glibc库。Glibc是Linux下使用的开源的标准C库它是GNU发布的libc库。
Glibc
即系统调用的封装。
介绍系统调用
然后本文开始介绍这些系统调用，先上图
进程管理
linux操作系统使用
fork
从父进程中创建子进程，子进程
execve
运行程序(二进制文件),父进程
waitpid
等待子进程结束。
所有进程都是父进程
fork
出来的，对于操作系统而言第一个鼻祖进程是哪来的呢? 系统启动的时候先创建一个所有用户进程的“祖宗进程”。
内存管理
在操作系统中，每个进程都有自己的
进程内存空间
。其中布局就有
代码段
数据段
堆
。
一个进程的内存空间是很大的，32位的是4G，64位的就更大了。物理空间是有限的，所以进程的空间不能事先分配好的，一定是需要的时候再分配。
brk
和
mmap
是官员堆分配内存的系统调用，分配内存数量比较小的时候，使用
brk
会和原来的堆的数据连在一起。当分配的内存数量比较大的时候，使用mmap，会重新划分一块区域。
文件管理
文件系统相当于公司的资料库，用于保存一些永久性质的数据。能做到长期保存，文件之所以能做到这一点，一方面是因为
介质
，另一方面是因为
格式
对于文件的操作，无非是
创建creat
打开open
读read
写write
等等
Linux中一切皆文件
就包括
二进制文件
文本文件
stdout文件
Socket文件
设备文件
目录文件
，包括进程运行起来在
/proc
下生成的进程号也是文件。对于每一个文件，Linux分配了
文件描述符
，这是一个整数。
信号处理
信号是异步处理机制，用于紧急突发情况。每一种信号都有默认动作，当然用户也能编写信号处理函数，通过
sigaction
系统调用进行处理。
进程间通信
本地进程之间实现数据的互通，比较常见的处理机制有
消息队列
共享内存
通过
msgget
创建一个新的队列，
msgsnd
将消息发送到消息队列，而消息接收方可以使用
msgrcv
从队列中取消息; 我们可以通过
shmget
创建一个共享内存块，通过
shmat
将共享内存映射到自己的内存空间，然后就可以读写了。
网络通信
内核中有TCP/IP网络协议栈的实现，可以通过socket来实现跨系统的进程间通信。
查看源码
下载内核源码，找到
./include/asm-x86_64/unistd.h
文件，里面对于系统调用的定义
hinzer@ubuntu:linux-2.6.11$ head ./include/asm-x86_64/unistd.h
#ifndef _ASM_X86_64_UNISTD_H_
#define _ASM_X86_64_UNISTD_H_
#ifndef __SYSCALL
#define __SYSCALL(a,b)
#endif
/*
* This file contains the system call numbers.
*
查看过程
进程通过系统调用从用户态到内核态，
用户态 - 系统调用 - 保存寄存器 - 内核态执行系统调用 - 恢复寄存器 - 返回用户态
。对于应用开发，上层还通过
glibc
库(对系统调用的一个封装库)。
从glibc提供的open函数出发，剖析如何从glibc的调用到内核的open
!!!sys_open
glibc封装
# 以下相关文件
./sysdeps/unix/syscalls.list # 列出所有glibc的函数对应的系统调用
./sysdeps/unix/make-syscalls.sh # 根据上面的配置文件，对于每一个封装好的系统调用，生成一个文件
./sysdeps/unix/syscall-template.S # 定义了这个系统调用的调用方式
./sysdeps/hppa/sysdep.h # 通过 `vim -t PSEUDO` 找到 PSEUDO 这个宏的定义。
经过分析: open函数的代码逻辑,得出结论: 对于任何的系统调用，会调用
DO_CALL
。这也是一个宏，这个宏 32 位和 64 位的定义是不一样的。
32位系统调用过程
继续分析glibc源码，发现宏
DO_CALL
定义处
unix/sysv/linux/i386/sysdep.h
理解: 用户调用通过软中断进入内核态，在系统调用表中找到对应的内核系统调用，执行内核调用之前保存用户态寄存器，执行内核调用后返回并恢复用户态。
64位系统调用过程
DO_CALL定义在源码位置
unix/sysv/linux/x86_64/sysdep.h
,还是将系统调用名称转换为系统调用号，放到寄存器 rax。和32位不同的是，这里是真正进行调用，不是用中断了，而是改用 syscall 指令了，而且传递参数的寄存器也变了。
理解: 用户调用通过syscall指令进入内核态，在系统调用表中找到对应的内核系统调用，执行内核调用之前保存用户态寄存器，执行内核调用后返回并恢复用户态。
整个流程
补充
系统调用表
数据结构定义在
arch/x86/entry/syscall_64.c
,系统调用列表输出在
arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl
#系统调用号 abi类型 函数名 系统调用名
2 common open sys_open
系统调用函数声明
系统调用函数实现
编译规则
参考资料
- 趣谈Linux操作系统 - 05系统调用
- 趣谈Linux系统专栏 - 09系统调用
- 如何下载查看glibc源代码
- glibc源码分析（一）系统调用
- linux下实现一个系统调用