系统调用概述
系统调用，顾名思义，说的是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，比如用户可以通过文件系统相关的调用请求系统打开文件、关闭文件或读写文件，可以通过时钟相关的系统调用获得系统时间或设置定时器等。
从逻辑上来说，系统调用可被看成是一个内核与用户空间程序交互的接口——它好比一个中间人，把用户进程的请求传达给内核，待内核把请求处理完毕后再将处理结果送回给用户空间。
系统服务之所以需要通过系统调用来提供给用户空间的根本原因是为了对系统进行“保护”，因为我们知道 Linux 的运行空间分为内核空间与用户空间，它们各自运行在不同的级别中，逻辑上相互隔离。所以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，调用用户空间函数。比如我们熟悉的“hello world”程序（执行时）就是标准的用户空间进程，它使用的打印函数 printf 就属于用户空间函数，打印的字符“hello word”字符串也属于用户空间数据。
但是很多情况下，用户进程需要获得系统服务（调用系统程序），这时就必须利用系统提供给用户的“特殊接口”——系统调用了，它的特殊性主要在于规定了用户进程进入内核的具体位置；换句话说，用户访问内核的路径是事先规定好的，只能从规定位置进入内核，而不准许肆意跳入内核。有了这样的陷入内核的统一访问路径限制才能保证内核安全无误。我们可以形象地描述这种机制：作为一个游客，你可以买票要求进入野生动物园，但你必须老老实实地坐在观光车上，按照规定的路线观光游览。当然，不准下车，因为那样太危险，不是让你丢掉小命，就是让你吓坏了野生动物。
系统调用的实现
系统调用是属于操作系统内核的一部分的，必须以某种方式提供给进程让它们去调用。CPU 可以在不同的特权级别下运行，而相应的操作系统也有不同的运行级别，用户态和内核态。运行在内核态的进程可以毫无限制的访问各种资源，而在用户态下的用户进程的各种操作都有着限制，比如不能随意的访问内存、不能开闭中断以及切换运行的特权级别。显然，属于内核的系统调用一定是运行在内核态下，但是如何切换到内核态呢？
答案是软件中断。软件中断和我们常说的中断（硬件中断）不同之处在于，它是通过软件指令触发而并非外设引发的中断，也就是说，又是编程人员开发出的一种异常（该异常为正常的异常）。操作系统一般是通过软件中断从用户态切换到内核态。
中断有两个重要的属性，中断号和中断处理程序。中断号用来标识不同的中断，不同的中断具有不同的中断处理程序。在操作系统内核中维护着一个中断向量表（Interrupt Vector Table），这个数组存储了所有中断处理程序的地址，而中断号就是相应中断在中断向量表中的偏移量。更多详细说明请看《系统调用的实现原理》。
系统调用和库函数的区别
Linux 下对文件操作有两种方式：系统调用（system call）和库函数调用（Library functions）。
库函数由两类函数组成：
1）不需要调用系统调用
不需要切换到内核空间即可完成函数全部功能，并且将结果反馈给应用程序，如strcpy、bzero 等字符串操作函数。
2）需要调用系统调用
需要切换到内核空间，这类函数通过封装系统调用去实现相应功能，如 printf、fread等。
系统调用是需要时间的，程序中频繁的使用系统调用会降低程序的运行效率。当运行内核代码时，CPU工作在内核态，在系统调用发生前需要保存用户态的栈和内存环境，然后转入内核态工作。系统调用结束后，又要切换回用户态。这种环境的切换会消耗掉许多时间。
库函数访问文件的时候根据需要，设置不同类型的缓冲区，从而减少了直接调用 IO 系统调用的次数，提高了访问效率。缓冲区详情请看《浅谈标准I/O缓冲区》。
这个过程类似于快递员给某个区域（内核空间）送快递一样，快递员有两种方式送：
1）来一件快递就马上送到目的地，来一件送一件，这样导致来回走比较频繁（系统调用）
2）等快递攒着差不多后（缓冲区），才一次性送到目的地（库函数调用）
函数库调用 VS 系统调用
资料参考：http://blog.csdn.net/orange_os
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 |
| poll |
I/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
| ioctl |
I/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
| socketcall |
socket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
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 |
| ssetmask |
ANSI 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
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
参考网址：http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/kernel/syscall/part1/appendix.html
