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云计算、虚拟化与Linux技术笔记
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Linux系统调用

Posted on 2009-10-23 16:07 feisky 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏

所谓系统调用是指操作系统提供给用户程序调用的一组“特殊”接口,用户程序可以通过这组“特殊”接口来获得操作系统内核提供的服务。例如用户可以通过进程控制相关的系统调用来创建进程、实现进程调度、进程管理等。


在这里,为什么用户程序不能直接访问系统内核提供的服务呢?这是由于在 Linux 中,为了更好地保护内核空间,将程序的运行空间分为内核空间和用户空间(也就是常称的内核态和用户态),它们分别运行在不同的级别上,在逻辑上是相互隔离的。因此,用户进程在通常情况下不允许访问内核数据,也无法使用内核函数,它们只能在用户空间操作用户数据,调用用户空间的函数。 但是,在有些情况下,用户空间的进程需要获得一定的系统服务(调用内核空间程序),这时操作系统就必须利用系统提供给用户的“特殊接口”——系统调用规定用户进程进入内核空间的具体位置。进行系统调用时,程序运行空间需要从用户空间进入内核空间,处理完后再返回到用户空间。


Linux 系统调用部分是非常精简的系统调用(只有 250 个左右),它继承了 UNIX 系统调用中最基本和最有用的部分。这些系统调用按照功能逻辑大致可分为进程控制、进程间通信、文件系统控制、系统控制、存储管理、网络管理、socket 控制、用户管理等几类。

在 Linux 中对目录和设备的操作都等同于文件的操作,因此,大大简化了系统对不同设备的处理,提高了效率。Linux 中的文件主要分为 4 种:普通文件、目录文件、链接文件和设备文件。 那么,内核如何区分和引用特定的文件呢?这里用到的就是一个重要的概念——文件描述符。对于 Linux 而言,所有对设备和文件的操作都使用文件描述符来进行的。文件描述符是一个非负的整数,它是一个索引值,并指向内核中每个进程打开文件的记录表。当打开一个现存文件或创建一个新文件时,内核就向进程返回一个文件描述符;当需要读写文件时,也需要把文件描述符作为参数传递给相应的函数。

通常,一个进程启动时,都会打开 3 个文件:标准输入、标准输出和标准出错处理。这3 个文件分别对应文件描述符为 0、1 和 2(也就是宏替换 STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO和 STDERR_FILENO,鼓励读者使用这些宏替换)。 基于文件描述符的 I/O 操作虽然不能移植到类 Linux 以外的系统上去(如 Windows),但它往往是实现某些 I/O 操作的惟一途径,如 Linux 中低级文件操作函数、多路 I/O、TCP/IP 套接字编程接口等。同时,它们也很好地兼容 POSIX 标准,因此,可以很方便地移植到任何 POSIX 平台上。基于文件描述符的 I/O 操作是 Linux 中最常用的操作之一。

以下列出了大部分常见的Linux系统调用,并附有简要中文说明。这儿没有列出详细的函数接口,可以使用man 2 syscalls 来查看相关的帮助文档。

 以下是Linux系统调用的一个列表,包含了大部分常用系统调用和由系统调用派生出的的函数。这可能是你在互联网上所能看到的唯一一篇中文注释的Linux系统调用列表,即使是简单的字母序英文列表,能做到这么完全也是很罕见的。

按照惯例,这个列表以man pages第2节,即系统调用节为蓝本。按照笔者的理解,对其作了大致的分类,同时也作了一些小小的修改,删去了几个仅供内核使用,不允许用户调用的系统调用,对个别本人稍觉不妥的地方作了一些小的修改,并对所有列出的系统调用附上简要注释。

其中有一些函数的作用完全相同,只是参数不同。(可能很多熟悉C++朋友马上就能联想起函数重载,但是别忘了Linux核心是用C语言写的,所以只能取成不同的函数名)。还有一些函数已经过时,被新的更好的函数所代替了(gcc在链接这些函数时会发出警告),但因为兼容的原因还保留着,这些函数我会在前面标上“*”号以示区别。

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






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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
pollI/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






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三、系统控制

ioctlI/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






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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






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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






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六、socket控制

socketcallsocket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






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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






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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
ssetmaskANSI 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


参考资料

  • Linux man pages

  • Advanced Programming in the UNIX Environment, W. Richard Stevens, 1993


关于作者

雷镇,您可以通过电子邮件 leicool@21cn.com和他联系。

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