1、與內核通信
系統調用在用戶空間進程和硬件設備之間添加了一箇中間層。作用：
- 爲用戶空間提供一種硬件的抽象接口。
- 系統調用保證了系統的穩定和安全。
- 系統調用時用戶空間訪問內核的唯一手段（異常和陷入除外）。
2、API、POSIX和C庫
應用程序通過用戶空間實現的應用編程接口（API）而不是直接通過系統調用來編程。
Unix最流行的應用編程接口是基於POSIX標準的，POSIX定義的API函數和系統調用之間有着直接關係。
C庫實現了Unix系統的主要API，包括標準C庫函數和系統調用接口。
3、系統調用
getpid()系統調用的實現：
SYSCALL_DEFINE0(getpid)
{
return task_tgid_vnr(current);
}SYSCALL_DEFINE0是一個宏，定義一個無參數（0）的系統調用，展開後如下：
asmlinkage long sys_getpid(void)asmlinkage是一個編譯指令，通知編譯器僅從棧中提取該函數的參數。所有系統調用都使用這個限定詞。sys_name()是Linux系統系統調用的命名規則。
3.1 系統調用號
Linux中，每個系統調用被賦予一個系統調用號。
系統調用號分配後不能變更。如果一個系統調用被刪除，它所佔用的系統調用號不允許被回收利用。
sys_ni_syscall()表示未實現系統調用，只返回-ENOSYS，爲無效的系統調用而設。
系統調用的列表存儲在sys_call_table中。
3.2 系統調用的性能
Linux系統調用比其他操作系統執行的快。因爲Linux上下文切換時間很短，系統調用處理程序和每個系統調用本身非常簡潔。
4、系統調用處理程序
用戶空間的程序無法直接執行內核代碼，不能直接調用內核空間的函數，因爲內核駐留在受保護的地址空間上。
應用程序通過軟中斷通知內核執行系統調用，引發一個異常來使系統切換到內核態去執行異常處理程序（系統調用處理程序）。
X86系統預定義的軟中斷爲中斷號128，通過int $0x80指令觸發，執行異常處理程序system_call()。x86處理器新增指令sysenter，更快、更專業地陷入內核。
4.1 指定恰當的系統調用
x86系統上，系統調用號通過eax寄存器傳遞給內核。system_call()將系統調用號與NR_syscalls比較，大於或等於NR_syscalls返回-ENOSYS。執行系統調用代碼：
call *sys_call_table(, %rax, 8);系統調用表中表項以64位（8字節）類型存放，x86-32系統上用4代替8。
4.2 參數傳遞
x86-32系統上，ebx、ecx、edx、esi和edi按照順序存放前五個參數。
給用戶空間的返回值存放在eax寄存器上。
5、系統調用的實現
5.1 實現系統調用
系統調用的接口應該簡潔，參數儘可能少，儘量爲將來多做考慮。
標誌不是用來讓單個系統調用具有多個不同的行爲，而是爲了即使增加新的功能和選項，也不破壞向後兼容或不需要的增加新的系統調用。
5.2 參數驗證
系統調用必須仔細檢查所有的參數是否合法有效。
例如在接收一個用戶空間的指針之前，內核必須保證：
- 指針指向的內存區域屬於用戶空間。
- 指針指向的內存區域在該進程的地址空間。
- 如果是讀，該內存應被標記爲可讀；如果是寫，該內存應被標記爲可寫；如果是可執行，該內存被標記爲可執行。
向用戶空間寫入數據，內核提供了copy_to_user()方法。第一個參數是進程空間中的目的內存地址，第二個是內核空間內的源地址，最後一個是需要拷貝的數據長度。
從用戶空間讀取數據，內核提供了copy_from_user()方法。把第二個參數指定位置上的數據拷貝到第一個參數指定的位置上。
執行失敗，函數返回沒能完成拷貝的數據的字節數。成功返回0。函數可能會引起阻塞。
內核會檢查是否有合法權限。使用capable()函數來檢查是否有權對指定的資源進行操作，返回非0有權操作。
6、系統調用上下文
內核在執行系統調用的時候處於進程上下文。current指針指向引發系統調用的進程。
進程上下文中，內核可以休眠並且可以被搶佔。能夠休眠說明系統調用可以使用內核提供的絕大部分功能；當前的進程可以被其他進程搶佔，使用相同的系統調用時要保證系統調用時可重入的。
6.1 綁定系統調用
註冊正式的系統調用：
- 在系統調用表的最後加入一個表項。系統調用號從0開始計算。
- 對於所支持的各種體系結構，系統調用號都必須定義於
6.2 從用戶空間訪問系統調用
Linux使用_syscalln()宏調用系統調用，其中n的範圍從0到6，代表需要傳遞給系統調用的參數個數：
//open()系統調用定義
long open(const char *filename, int flags, int mode)
//使用系統調用的宏的形式
#define NR_open 5
_syscall113(long, open, const char*, filename, int, flags, int, mode)第一個參數是系統調用的返回值類型，第二個參數是系統調用的名稱，之後是系統調用每個參數的類型和名稱。
6.3 系統調用利弊
通常不通過系統調用的方式實現。
好處：
- 系統調用創建容易且使用方便。
- Linux系統調用的高性能顯而易見。
問題：
- 需要一個系統調用號，需要一個內核在處於開發版本的時候官方分配給你。
- 系統調用被加入穩定內核後就被固化了，接口不允許做改動。
- 需要將系統調用分別註冊到每個需要支持的體系結構中去。
- 在腳本中不容易調用系統調用，也不能從文件系統直接訪問系統調用。
- 由於需要系統調用號，在主內核樹之外很難維護和使用系統調用。
- 如果僅僅進行簡單的信息交換，系統調用大材小用。
替代方法：
- 像信號量這樣的接口，可以用文件描述符來表示，使用read()等方法對其進行操作。
- 把增加的信息作爲一個文件放在sysfs的合適位置。