操作系统和Web服务器那点事儿

操作系统老大

又一个进程启动了，操作系统老大叹了一口气，毕竟自己的肩头又多了一份责任。

让人烦恼的是，新来的家伙们很无知，几乎就是一张白纸。有些老实本分的会按照自己的规矩来做事，有些刺头儿喜欢问这问那，时不时还想搞点非法的访问，想访问别的进程的地址空间，甚至想访问内核的代码和数据! 这时候，我只有把他kill掉祭天，留下一个core dump的尸体让码农们去分析。

图片来自包图网

规矩很重要!

想到此处，老大又看了一眼自己的内核空间，这个机器只有可怜巴巴的4G内存，0-3G给各个进程共享使用，自己独占了从3G-4G的内存空间。

新启动的进程是一个Web服务器，自称小W，这是个喜欢问问题的家伙，他第一个问题就是： ”老大，你为啥不和群众打成一片，反而自己要独占空间呢?“

“这是为你们好?”

“为我们好? ”

“计算机的硬件资源是有限的，硬盘、内存、网卡，键盘，鼠标，时钟...... 如果任由你们这些进程随意访问，大家你争我抢，岂不乱套?”

“再说了，那些底层的硬件、驱动操作是极其麻烦的，让你们每个进程都去写那些‘恶心’的代码，你们受得了吗? “

”还有，如果某个恶意的家伙故意捣乱，那还了得?”

老大的三连问简直是振聋发聩， 小W立刻觉得气短了三分。

“所以你就不让我们直接访问了?”

“对啊，我就做了一个抽象层，你们必须通过这个抽象层来访问硬件资源。这个抽象层之下就是我的内核，是我的代码和数据，所以我必须得单独居住，不能和你们混在一起。”

系统调用

“那我想访问一个硬盘上的文件，到底该怎么办?” 小W问道。

“非常简单，我的抽象层中有对外提供的接口，叫做系统调用，例如read、open、close等。 你可以open 一个文件，read它的内容，读完了close。”

“听起来好像是函数调用啊!”

“对，就是函数调用，但是和你内部的函数调用有本质的不同，这种系统调用会让你从用户态切换到内核态， 也就是到我的内核代码中来执行!”

小W懵懂地点点头，似乎明白了。

他应该没有明白，他也明白不了， 操作系统老大心里想，系统调用之复杂远远超过他的想象。

首先所有Linux的系统调用的参数都是通过寄存器而不是栈来传递的，按照惯例寄存器EAX保存了系统调用的编号(例如1表示exit这个系统调用，2表示fork,3表示read......)，寄存器EBX,ECX,EDX,ESI,EDI可以包含最多6个任意的参数。

比如：write(1,"hello",5);

这就是个系统调用， 就是向stdout(控制台)输出一个字符串，在运行时，必须把寄存器给设置好：

EAX = 4 (4表示系统调用的编号)

EBX = 1 (1 表示stdout)

ECX = 那个字符串的地址

EDX = 字符串的长度

然后调用int 0x80 系统中断，这就进入了内核， 我会取出EAX， 从一个内核的表格中查到第4号对应的系统调用处理程序来执行。

对了，我还需要把CPU的特权等级从3置为0，表示内核态。

看看，我容易吗我! 操作系统心里略微有点伤感。

read 和 write

这时候小W探出头来，兴奋地说：“hi ，老大，有客户要访问咱们硬盘的文件，我得读取一下，然后通过socket发出去。是不是需要系统调用了?”

“那是肯定的，访问文件系统必须得通过我，访问socket也得通过我，不用系统调用怎么可能? 除去open ,close， 你需要两个关键的系统调用：”

// 从文件(用fd表示)中读取len长度的内容，放到buffer中

read(fd, buffer, len); 

// 把buffer中长度为len 的内容写入到socket中(用sockfd表示)

write(sockfd, buffer, len); 

(注： read和write 应该是sys_read和sys_write的“包裹”函数，我们这里简化，认为就是直接的函数调用。)

“好滴!” 小W做了一些准备工作，然后便开始read， 然后满心欢喜地等待数据的到来。

操作系统收到read调用，陷入内核，正式进入了内核态，然后毫不客气地暂停了小W的执行，让他进入了阻塞队列(假设小W只有一个线程)。

小W表示不满：“怎么不让我运行了?”

“读取文件太慢，你先歇会儿，数据来了会通知你的。”