System Call & OS架构

tags: IT铁人

System Call是啥

System Call的目的是作为执行中user process与kernel沟通的介面，代表OS可以提供的服务项目，当process执行时，若需要OS提供某种服务(例如Disk read txt内容)，process会issue Trap，带入system call ID及其相关参数(例如invoke the required system call)，当OS收到此请求後，会去执行对应的system call，当完成後，再将结果通知传回给process。

如果用比较日常发生的事情来说，像是我们去超商取货，一定是告诉店员手机末3码以及名字，然後店员找到包裹後再拿给我们确认。这种翻包裹的动作不会让我们自己拿，因为可能有其他人包裹的安全性之类的考量。

跟店员说要取包裹就像是一种system call，而提供手机末3码及名字就是相关参数，包裹就像是结果。

OS中有许多的System Call，大致上可以分成下面6种：

这些都是因为可能危害系统安全所以要交给OS处理的部分，Process Controll是一个大章节，会在後面做介绍。

System Call传递方式

前面说要把System Call的相关系数传给OS，传输的方式主要有下列三种：

OS Structures

前面介绍了要有System Call，kernel/user mode来保护系统以及其他process的安全，不过实作OS的方式有很多种，以下介绍七种不同的实作类型：

1. Simple

   一如其名，他没办法Multitask，也没有区分Dual-mode。
   有名的例子是MS-DOS。
   

2. More complex than Simple

   他的OS分成两块，System Program和The kernel，概念上是把靠近硬体的放在更内层的kernel。
   原始的UNIX采用这种方式。
   

3. Layered Approach

   是比较抽象的模型，切分Layer的方式因系统而异，采用Top-Down切割，将系统分解成数个关键元件，上层可以使用下层功能，但下层不能使用上层功能，所以可以用Bottom-up测试。
   好处是易於分工也方便测试；而坏处是Layer分割不易，并且Performance会因为Layer太多而降低。
   

4. Microkernel

   CMU提出的观念，是为了简化UNIX。
   将kernel中一些比较不基本的Service从kernel中移除，改成以system library方式提供，以便得到一个较小的kernel，称为Microkernel。
   好处是microkernel易於延伸(改变可以坐在user site)，OS也方便移植到另一个硬体架构(microkernel小，所以修改的量不大)，并且更安全(增加的service放在user site，所以kernel出错机会低)；坏处是Performance变差(user site跟kernel的沟通变多)。

   

5. Monolithic kernel

   与Microkernel相反，把kernel services都放在kernel mode。
   优缺点也相反。
   大部分的OS皆采用此作法(e.g. UNIX, Linux, Windows, Apple OS)。

6. Modular

   像是打包成不同的包裹，称为Loadable kernel modules(LKM)，需要某个功能的时候把需要的包读进Memory。
   例子有Linux, Soloris...
   

7. Hybrid

   基本上就是每个种类都来一点，现今的OS都不会只有一种类型，像是打包的部分也有分成上下层，就是Modular跟Layered的混和。看起来就很复杂了...
   

就到这边啦~

介绍了system call的作用以及不同OS的设计方式，这些都是不断发展改良出来的结果，再加上电脑零件的发展很迅速，所以电脑知识成长的速度就很快，每次都会有永远学不完的感叹。