2.3 Службы ядра

Разграничение между кодом уровней ядра и пользователя обеспечивается аппаратными методами, предоставляемыми оборудованием. Ядро работает в отдельном адресном пространстве, которое недоступно процессам пользователя. Привилегированные операции -- такие, как осуществление ввода/вывода и остановка модуля центрального процессора (CPU) -- доступны только ядру. Приложения делают запросы ядру на доступ к его сервисам при помощи системных вызовов. Системные вызовы используются для указания ядру на выполнение как сложных операций, таких, как запись данных во вторичный носитель, так и простых, таких, как получение текущего времени. Все системные вызовы выполняются синхронно с приложением: Приложение не будет продолжать работу, пока ядро не выполнит действия, соответствующие системному вызову. Ядро может завершить некоторые операции, связанные с системным вызовом, после его окончания. Например, системный вызов write будет копировать записываемые данные от пользовательского процесса в буфер ядра, пока процесс находится в ожидании, но, как правило, будет немедленно завершаться до того, как буфер ядра реально будет записан на диск.

Системный вызов обычно реализуется как аппаратное прерывание, которое изменяет режим работы CPU и текущее отображение адресного пространства. Параметры, передаваемые пользователями системным вызовам, перед использованием проверяются ядром. Такая проверка обеспечивает целостность системы. Все параметры, передаваемые в ядро, копируются в адресное пространство ядра, для того, чтобы проверенные параметры не могли быть изменены в результате побочного действия системного вызова. Результаты выполнения системного вызова возвращаются ядром либо в аппаратных регистрах, либо копированием их значений в области памяти, указанные пользователем. Как и параметры, переданные в ядро, адреса, используемые для возвращения результатов, должны быть проверены на то, что они являются частью адресного пространства приложения. Если при обработке системного вызова ядром возникает ошибка, код ошибки возвращается пользователю. В случае языка программирования C код этой ошибки сохраняется в глобальной переменной errno, а функция, соответствующая системному вызову, возвращает в качестве результата значение -1.

Пользовательские приложения и ядро работают независимо друг от друга. 4.4BSD не хранит управляющие блоки ввода/вывода и другие связанные с операционной системой структуры данных в адресном пространстве приложения. Каждому пользовательскому приложению предоставляется независимое адресное пространство, в котором оно и выполняется. Ядро выполняет большинство управляющих действий, таких, как приостановка процесса на время выполнения другого, незаметно для участвующих процессов.