趣谈Linux操作系统(3)—常用的系统调用

背景

操作系统下各程序/进程的正常运行，需要依靠系统调用来完成。故本篇文章介绍了一些常用的系统调用，可帮助我们进一步了解操作系统。

几个常用系统调用

进程管理

1.创建进程fork[“分支”]

程序运行起来之后称之为进程，故想要运行一个新的程序，需要先创建一个进程，linux系统中创建进程的系统调用叫fork。且创建新的进程需要基于老的进程调用fork实现，老的进程称之为父进程，新的进程称之为子进程。

当父进程调用fork来创建子进程时，子进程会将父进程的所有内容拷贝一份，包含数据结构和程序代码等。通过if-else语句判断fork系统调用的返回值：

a.当返回的值为0，则代表当前进程是子进程，需要请求另一个系统调用execve来执行另外的程序，此时子进程和父进程就分开了，即相当于产生了一个分支fork

b.当返回的值为子进程的进程号，则代表当前进程是父进程，则接着做父进程的事即可。

注：因为子进程都是父进程fork出来的，故对于任意一个操作系统启动的时候会先创建一个所有用户进程的“祖宗进程”

2.等待子进程结束waitpid

父进程将子进程的进程号作为参数传给系统调用waitpid，可知道子进程当前运行的情况，比如运行完了没有/成功与否

内存管理

在操作系统中，每个进程都有自己的内存，互相之间不干扰，有独立的进程内存空间。

内存空间里面包含以下部分内容：

a.代码段，程序代码的部分

b.数据段，进程运行过程中产生了一些数据的部分，包括局部变量的部分[当前函数执行的时候起作用，进入另一个函数，变量释放了]；动态分配的，需要保存较长时间，指明的确不需要才会去销毁，这种称为堆。

根据分配内存数量的大小，针对堆这种需要长时间保存的内容，会采用两种不同的系统调用brk和mmap。其中分配的内存数量小的时候，采用brk方式[和已有的堆数据连在一起]；分配的内存数量大的时候，采用mmap方式[重新划分一块区域]。

注：考虑到一个进程的内存空间是很大的，32位的是4G，64位的话需要的空间地址会更大，不可能给每一个进程都事先分配一个内存空间，只能等进程需要用到的时候再进行分配。当进程需要使用部分内存的时候，才会调用内存管理的系统调用来登记，但此时并不意味着已经给进程分到了物理内存。只有进程真正写入数据的时候，发现没有物理内存的时候，会触发中断，分配物理内存。

文件管理

包含6个常用到的系统调用：

1.已有的文件，可使用open打开文件；close关闭文件

2.没有的文件，可使用create创建文件

3.打开文件以后，可使用lseek跳到文件的某个位置

4.对文件内容进行读写，读是read，写是write

针对Linux系统来说，一切皆文件，包含各种类型的文件，比如二进制文件/文本文件/stdout文件等

PS.linux会给每个文件分配一个文件描述符[一个整数]，通过这个文件描述符，可直接使用系统调用查看或者干预进程运行的方方面面。

进程间通信

一台Linux服务器：

一个项目下可能需要多个进程的相互配合才能完成，各进程间的配合需通过存储在内核里面的消息队列[一个消息&不是一段很长的数据]来实现。

1.消息队列相关系统调用

1)进程A通过msgget创建一个新的队列

2)进程A通过msgsnd将步骤1中的队列发送到消息队列中

3)进程B[消息接收方]通过msgrcv从队列中取消息

2.两个进程间通信较多，可采用内存共享的方式，通过shmget创建一个共享内存块，两个进程将共享内存通过shmat映射到自己的内存空间就可以

Ps.当共享内存块设置成只允许一个人访问的时候，需借助于sem_wait信号量来达到占用共享内存的目标，使用完之后使用sem_post释放信号量来达到释放共享内存的目标

多台Linux服务器：

多台服务器间的通信需借助于TCP/IP网络协议栈，通过套接字Socket来实现

PS.可通过strace来跟踪进程执行时系统调用和所接收的信号