# System Call & OS架構

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## System Call是啥


System Call的目的是作為執行中user process與kernel溝通的介面，代表OS可以提供的服務項目，當process執行時，若需要OS提供某種服務(例如Disk read txt內容)，process會issue Trap，帶入system call ID及其相關參數(例如invoke the required system call)，當OS收到此請求後，會去執行對應的system call，當完成後，再將結果通知傳回給process。


如果用比較日常發生的事情來說，像是我們去超商取貨，一定是告訴店員手機末3碼以及名字，然後店員找到包裹後再拿給我們確認。這種翻包裹的動作不會讓我們自己拿，因為可能有其他人包裹的安全性之類的考量。

跟店員說要取包裹就像是一種system call，而提供手機末3碼及名字就是相關參數，包裹就像是結果。

OS中有許多的System Call，大致上可以分成下面6種：

|類型|內容|
|-|-|
|Process Control|Process create/terminate/block|
|File Management|Fopen, Fclose, Fread, Fwrite|
|Device Management|I/O|
|Information Maintenance|status, timer, date...|
|Communications|Process間的溝通、recv、send|
|Protection|Control access to resource, Get & Set permissions, Allow and Deny user Access|

這些都是因為可能危害系統安全所以要交給OS處理的部分，Process Controll是一個大章節，會在後面做介紹。

## System Call傳遞方式

前面說要把System Call的相關係數傳給OS，傳輸的方式主要有下列三種：

|方法|優點|缺點|
|-|-|-|
|利用Registers保存參數，OS從這些Registers讀取參數|Simple, fast access(without memory access)|不適合用在大量參數的狀況(Register數量有限)
|利用memory，以一個Block保存這些參數，且將此Block的位址存在一個Register中，傳給OS|適用大量參數的情況|存取速度較慢|
|準備一個Stack，參數可被push進去Stack，OS在從此Stack pop已取得參數|適用大量參數的情況，操作比較簡單|Stack size要大，避免overflow|

## OS Structures

前面介紹了要有System Call，kernel/user mode來保護系統以及其他process的安全，不過實作OS的方式有很多種，以下介紹七種不同的實作類型：

1. Simple

一如其名，他沒辦法Multitask，也沒有區分Dual-mode。
有名的例子是MS-DOS。

2. More complex than Simple

他的OS分成兩塊，System Program和The kernel，概念上是把靠近硬體的放在更內層的kernel。
原始的UNIX採用這種方式。

3. Layered Approach

是比較抽象的模型，切分Layer的方式因系統而異，採用Top-Down切割，將系統分解成數個關鍵元件，上層可以使用下層功能，但下層不能使用上層功能，所以可以用Bottom-up測試。
好處是易於分工也方便測試；而壞處是Layer分割不易，並且Performance會因為Layer太多而降低。

4. Microkernel

CMU提出的觀念，是為了簡化UNIX。
將kernel中一些比較不基本的Service從kernel中移除，改成以system library方式提供，以便得到一個較小的kernel，稱為Microkernel。
好處是microkernel易於延伸(改變可以坐在user site)，OS也方便移植到另一個硬體架構(microkernel小，所以修改的量不大)，並且更安全(增加的service放在user site，所以kernel出錯機會低)；壞處是Performance變差(user site跟kernel的溝通變多)。


5. Monolithic kernel

與Microkernel相反，把kernel services都放在kernel mode。
優缺點也相反。
大部分的OS皆採用此作法(e.g. UNIX, Linux, Windows, Apple OS)。

6. Modular

像是打包成不同的包裹，稱為Loadable kernel modules(LKM)，需要某個功能的時候把需要的包讀進Memory。
例子有Linux, Soloris...

7. Hybrid

基本上就是每個種類都來一點，現今的OS都不會只有一種類型，像是打包的部分也有分成上下層，就是Modular跟Layered的混和。看起來就很複雜了...

## 就到這邊啦~

介紹了system call的作用以及不同OS的設計方式，這些都是不斷發展改良出來的結果，再加上電腦零件的發展很迅速，所以電腦知識成長的速度就很快，每次都會有永遠學不完的感嘆。

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|[Kernel Mode](https://hackmd.io/@dZfCcN4hT8aUuDPv3B8CWQ/HJ8bbihWY)|[Process](https://hackmd.io/@dZfCcN4hT8aUuDPv3B8CWQ/SyJgqbJMF)