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系统内核和编程接口
知平 · 2025-07-23 · via 不止平凡
By 知平 in 手札

系统内核和编程接口

我们的代码是如何运行起来的?程序和操作系统之间是什么关系?

编译器

本质是将汇编以及更高层次的程序代码,转换为01序列。

系统调用

1、用户程序调用OS的某一项功能,这行为被称为系统调用(syscall)

2、高级语言所有的操作资源过程,本质都是通过系统调用完成的,例如:

  • 申请、使用内存:缺页中断

3、操作系统和用户软件本质上都是一个进程,因此系统调用和进程间通信是类似的,只不过成本更低

4、用户进程通过触发软中断来实现系统调用

内核

CPU将指令划分了一些权限等级

  • Ring-0: 内核态
  • Ring-1: 驱动层(容器、虚拟化进程)
  • Ring-2: 驱动层
  • Ring-3: 用户态(应用程序)

1、一次系统调用实际上是从用户态到内核态的跃迁,最终输出回到用户态

2、用户进程触发中断需要中断向量表(一系列整数代表不同的意义)

3、用户进程和系统进程通过共享内存获取中断向量表,用户进程的一端(地位或高位)内存用来分配向量表

动态链接库

1、用户进程需要对系统原始中断进行组合封装,因此提供了动态链接库(dll,so)

2、动态链接库实际上是对中断调用提供了二进制格式的复用,极大简化了编程语言标准库对系统调用的封装工作

3、编程语言由此分为两种

  • 静态编译:自己全部实现系统调用
  • 动态编译:调用系统的动态库

自举

编程语言使用自身实现编译器的行为叫自举

自举编译器的迭代过程大概是:

1、直接使用01机器码实现第一个汇编编译器(汇编 -> 01)

2、使用汇编编译器实现高级语言编译器(高级语言->汇编->01)

3、使用高级语言反过来重写汇编编译器和高级语言编译器(高级语言->01)