Question

操作系统管理硬件资源，装载并执行程序，提供编程接口。

体系结构

                                                      +---> Application
                                                      |
硬件 -- driver -> 操作系统 -- syscall -> 运行库 -- api --+
                                                      |   
                                                      +---> Development Tool

应用程序编程接口（API）

libc 提供 POSIX API。

libc 是 ANSI C 定义的 C 标准库，glibc 是 GNU 的实现版本（libc.so）。

POSIX 可移植操作系统接口，IEEE（电机电子工程师协会） 为 UNIX 系统定义的一套 API 标准。Linux 基本实现了 POSIX 兼容，Windows 部分实现。使用 ltrace 跟踪标准库调用。

$ ldd ./test   # 查看链接库
	linux-vdso.so.1 (0x00007ffc273ba000)
	libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f8b9c06b000)
	/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f8b9c268000)

$ /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6   # 查看 glibc 版本
GNU C Library (Ubuntu GLIBC 2.31-0ubuntu9.2) stable release version 2.31.

进程调度

应用程序以进程（process）方式运行在系统权限更低的级别。

Intel CPU 将特权级别分成 4 个等级：ring0、ring1、ring2、ring3。通常 ring0 操作系统内核，ring1/2 驱动程序，ring3 应用程序。CPU Rings 是一种计算机安全设计方式，分级保护。特权等级从高往低依次是：0、1、2、3。内层（比如 ring0）可以随时访问外层（ring3）资源，反之会被阻止。

CPU 资源由操作系统统一分配，每个进程按优先级获取一定量时间片（timeslice）。一旦进程执行时间超出时间片，就被操作系统暂停，转而交替执行其他进程。可以实现单核多进程并发执行，这种方式称做抢占式调度（preemptive）。

系统调用

普通进程无权访问内核数据和资源，操作系统内核通过中断为应用程序提供编程接口。

系统调用运行在内核态（kernal mode），通过中断（interrupt）从用户态（user mode）切换到内核态。中断由硬件或软件发出，要求 CPU 暂停当前工作，转而从中断向量表中查找指定中断号，并指定中断处理程序。

使用 strace 跟踪系统调用。使用 time 查看进程执行时间，其中包括内核态和用户态。

$ time command

real	0m0.002s     ; 命令执行耗时（wall clock）。
user	0m0.000s     ; 用户态（CPU clock，多核累计）。
sys	  0m0.002s     ; 内核态（CPU clock）。

Linux Syscall Table for X64