Linux系统结构
Linux系统结构如图所示，位于最内层的kernel管理计算机的硬件资源，提供硬件访问、内存管理、进程调度、文件管理、用户管理和网络等系统服务。为了保护系统，进程不能直接访问内核的内存空间和内核函数，当进程需要内核提供的服务时，通过内核与外界的接口（也就是系统调用）来实现。
用户态和内核态
进程运行的状态可以分为内核态和用户态，当进程处于内核态时，它可以访问内核的内存空间和硬件资源；当进程处于用户态时，进程只能访问用户空间的内存空间，不能访问内核内存空间和硬件资源，不能关闭中断。用户态到内核态的切换有三种方式：
- 系统调用，当用户态通过系统调用申请使用系统服务时，进程由用户态切换到内核态
- 异常，当CPU在执行运行在用户态下的程序时，发生了某些事先不可知的异常，这时会触发由当前运行进程切换到处理此异常的内核相关程序中，也就转到了内核态，比如缺页异常。
- 外围设备中断，当外围设备完成用户请求的操作时，会向CPU发送相应的中断信号，如果此时进程处于用户态，将切换到内核态。
系统调用的实现
系统调用通过软件中断的方式实现，每个系统调用都有相应的系统调用号作为唯一的标识，内核维护一张系统调用表，表中的元素是系统调用函数的起始地址，而系统调用号就是系统调用在调用表的偏移量。在进行系统调用是只要指定对应的系统调用号，就可以明确的要调用哪个系统调用。对于参数传递，Linux是通过寄存器完成的。Linux最多允许向系统调用传递6个参数，分别依次由%ebx，%ecx，%edx，%esi，%edi和%ebp这个6个寄存器完成。
在用户态和内核态运行的进程使用的栈是不同的，分别叫做用户栈和内核栈，两者各自负责相应特权级别状态下的函数调用。当进行系统调用时，进程不仅要从用户态切换到内核态，同时也要完成栈切换，这样处于内核态的系统调用才能在内核栈上完成调用。系统调用返回时，还要切换回用户栈，继续完成用户态下的函数调用。
寄存器%esp（栈指针，指向栈顶）所在的内存空间叫做当前栈，比如%esp在用户空间则当前栈就是用户栈，否则是内核栈。栈切换主要就是%esp在用户空间和内核空间间的来回赋值。在Linux中，每个进程都有一个私有的内核栈，当从用户栈切换到内核栈时，需完成保存%esp以及相关寄存器的值（%ebx，%ecx…）并将%esp设置成内核栈的相应值。而从内核栈切换会用户栈时，需要恢复用户栈的%esp及相关寄存器的值以及保存内核栈的信息。一个问题就是用户栈的%esp和寄存器的值保存到什么地方，以便于恢复呢？答案就是内核栈，在调用int指令机型系统调用后会把用户栈的%esp的值及相关寄存器压入内核栈中，系统调用通过iret指令返回，在返回之前会从内核栈弹出用户栈的%esp和寄存器的状态，然后进行恢复。
相信大家一定听过说，系统调用很耗时，要尽量少用。第一，系统调用通过中断实现，需要完成栈切换。第二，使用寄存器传参，这需要额外的保存和恢复的过程。