前言：操作系统作为用户与硬件交互的中间接口，为用户提供了巨大的便利。那么，用户如何通过操作系统去操作底层硬件、文件呢？这里涉及到一个概念------系统调用。本文将对系统调用做一些介绍。
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一、什么是系统调用
简单来说，系统调用是操作系统为用户或应用程序提供访问内核的接口。
为便于理解，举个生活中的例子：订阅鲜牛奶
有一些家庭会每天订阅新鲜牛奶，每天早上都会有专门的人送鲜牛奶上门。但，家是比较私密/隐秘的空间，很多人不希望陌生人进入或打扰，以免泄露隐私或是担心破坏家里环境。所以门口都会设置一个上锁的小箱子，每天送牛奶的人不需要进入买家家里，直接将牛奶放在指定箱子中即可。买家再从箱子里取出。这个小箱子就可以理解为系统调用。
同理，操作系统也不希望用户直接进入内核做一些操作，容易破坏内核的稳定性与安全性。所以操作系统为用户或应用程序提供了一些接口，这样用户可以通过这些接口做一些操作，同时也维护了内核的安全与稳定。
二、系统调用的主要作用
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隔离与保护 ：
系统调用将用户程序与内核隔离，防止用户程序直接操作敏感资源（如内存、硬件设备等），从而保障系统的稳定性和安全性。例如，用户程序无法直接写入磁盘，必须通过系统调用（如write()）请求内核完成操作。
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统一资源管理 ：
内核通过系统调用统一管理硬件资源，避免多进程竞争导致的冲突。例如，多个进程同时访问文件时，内核通过系统调用协调读写操作，确保数据一致性。
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抽象硬件操作 ：
系统调用为硬件操作提供抽象层，简化应用程序。例如，不同磁盘类型（SSD、HDD）的文件读写操作通过统一的**read()/write()**系统调用实现，用户程序无需关心底层硬件差异。
三、Linux常用系统调用
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进程控制 ：如fork()、exec()、wait()、kill()
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文件管理 ：如open()、read()、write()、close()
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设备管理 ：如ioctl()、mmap()
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网络操作 ：如socket()、bind()、listen()、accept()、send()、recv()
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系统信息 ：如getpid()、getuid()
四、系统调用工作流程
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用户程序发起请求 ：通过特定的指令（如软中断：x86的int 0x80 或arm的svc指令）发起系统调用请求。
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状态切换：操作系统将CPU状态从用户态切换到内核态，以执行系统调用。
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内核处理请求：操作系统内核接管CPU，处理系统调用请求并执行相应的操作。
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返回用户态：完成系统调用后，操作系统将控制权返回给用户程序，继续执行。
五、系统调用与一般函数调用的区别
| 维度 | 系统调用 | 一般函数调用 |
|---|---|---|
| 执行权限 | 需内核态高权限 | 仅在用户态运行 |
| 执行成本 | 涉及上下文切换，耗时较长 | 仅栈操作，耗时短 |
| 资源管理 | 由操作系统直接控制硬件资源 | 无法直接操作底层资源 |
| 安全性 | 通过权限分层保护系统稳定性与安全性 | 无权限控制机制 |
| 调用对象 | 面向内核（如open()） | 面向用户应用程序（如自定义函数） |