OSのシステムコール(Operating System): とは何か、種類と例
ナサニエル・ブルックス
⚡ スマートサマリー
システムコールとは、プロセスがファイルアクセス、プロセス制御、デバイス通信などのカーネルサービスを要求するために使用する制御されたインターフェースであり、CPUをユーザーモードから特権カーネルモードに安全に切り替えるものです。
システムコールとは何ですか Operaティンシステム？
A システムコール プロセスとオペレーティング システム間のインターフェイスを提供するメカニズムです。これは、コンピュータ プログラムが OS のカーネルにサービスを要求するプログラム方式です。
システム コールは、API (アプリケーション プログラミング インターフェイス) を介してオペレーティング システムのサービスをユーザー プログラムに提供します。システム コールは、カーネル システムの唯一のエントリ ポイントです。
システムコールイン Operaティングシステム
システムコール例
例えば、あるファイルからデータを読み込んで別のファイルにコピーするプログラムを作成するには、まず入力ファイルと出力ファイルという2つのファイルの名前が必要になります。
対話型システムでは、この種のプログラム実行にはOSによるシステムコールが必要となる。
- 最初の呼び出しは、画面にプロンプトメッセージを表示することです。
- 2つ目は、キーボードから2つのファイルを定義する文字を読み込むことです。
システムコールはどのように機能するのでしょうか?
OSにおけるシステムコールの手順は以下のとおりです。
Archiシステムコールの構造
上記のシステムコール図に示すように：
ステップ1） システムコールによって中断されるまで、プロセスはユーザーモードで実行されます。
ステップ2） その後、システムコールはカーネルモードで優先度に基づいて実行されます。
ステップ3） システムコールの実行が完了すると、制御はユーザーモードに戻ります。
ステップ4） ユーザープロセスの実行が再開され、ユーザーモードと カーネルモード 要求に応じ。
なぜOSにシステムコールが必要なのでしょうか?
OSにおいてシステムコールが必要となる状況は以下のとおりです。
- ファイルの読み取りと書き込みにはシステムコールが必要です。
- ファイル システムがファイルを作成または削除したい場合は、システム コールが必要です。
- システム コールは、新しいプロセスの作成と管理に使用されます。
- ネットワーク接続には、パケットを送受信するためのシステム コールが必要です。
- スキャナやプリンタなどのハードウェアデバイスにアクセスするには、システムコールが必要です。
システムコールの種類
OSにおけるシステムコールには、以下の5種類があります。
- プロセス制御
- ファイル管理
- デバイス管理
- 情報のメンテナンス
- コミュニケーション
OSにおけるシステムコールの種類
プロセス制御
これらのシステムコールは、プロセスの作成、プロセスの終了などのタスクを実行します。
機能：
- 終了と中止
- ロードして実行する
- プロセスの作成とプロセスの終了
- 待って Signal イベント
- メモリの割り当てと解放
ファイル管理
ファイル管理システム呼び出しは、ファイルの作成、読み取り、書き込みなどのファイル操作ジョブを処理します。
機能：
- ファイルを作成する
- ファイルを削除する
- ファイルを開いたり閉じたりする
- 読み取り、書き込み、位置変更
- ファイル属性の取得と設定
デバイス管理
デバイス管理は、デバイス バッファーからの読み取り、デバイス バッファーへの書き込みなどのデバイス操作を実行します。
機能：
- デバイスをリクエストして解放する
- デバイスを論理的に接続または切断する
- デバイス属性の取得と設定
情報のメンテナンス
情報と、OS とユーザー プログラム間の情報の転送を処理します。
機能：
- 時刻と日付を取得または設定する
- プロセスとデバイスの属性を取得する
コミュニケーション
これらのシステムコールは、特にプロセス間通信に使用されます。
機能：
- 通信接続の作成と削除
- メッセージの送受信
- OSの転送ステータス情報をサポートします
- リモートデバイスの接続または切断
システムコールのパラメータを渡すためのルール
システムコールにパラメータを渡す際の一般的なルールは以下のとおりです。
- パラメータは、オペレーティングシステムによってスタックにプッシュまたはポップされるべきである。
- パラメータはレジスタで渡すことができます。
- レジスタの数よりもパラメータの数が多い場合は、それらをブロックに格納し、ブロックのアドレスをレジスタで渡す必要があります。
OSで使用される重要なシステムコール
待つ（）
システムによっては、あるプロセスが別のプロセスの終了を待たなければならない場合があります。これは、親プロセスが子プロセスを作成する際に発生し、子プロセスが完了するまで親プロセスは待機状態になります。
親プロセスの実行停止は、wait() システムコールによって自動的に行われます。子プロセスの実行が終了すると、制御は親プロセスに戻ります。
フォーク（）
プロセスはこのシステムコールを使用して、自身のコピーであるプロセスを作成します。fork() を使用すると、親プロセスが子プロセスを作成し、子プロセスが実行されるまで親プロセスは一時停止されます。
exec（）
このシステムコールは、既に実行中のプロセス内で実行可能ファイルを実行し、古いファイルを置き換えます。新しいプロセスは作成されないため、元のプロセス識別子はそのまま残りますが、スタック、データ、ヒープなどは新しいプロセスによって置き換えられます。
殺す（）
kill() システムコールは、OS がプロセスに終了信号を送信し、プロセスに終了を促すために使用されます。ただし、kill システムコールは必ずしもプロセスを強制終了することを意味するわけではなく、さまざまな意味を持ちます。
出口（）
exit() システムコールは、プログラムの実行を終了するために使用されます。特にマルチスレッド環境では、このコールによってスレッドの実行が完了したことが示されます。exit() コール後、OS はプロセスが使用していたリソースを解放します。
