10.4 系统调用

本节中我们将以系统调用为线索去观察Go的内部实现。

这里先补充一下操作系统提供系统调用的机制。应用层是无法访问最底层的硬件资源的，操作系统将硬件资源管理起来，提供给应用层。系统调用就是操作系统内核提供给应用层的唯一的访问方式，应用层告诉内核需要什么，由操作系统去执行，执行完成之后返回给应用层。

以darwin为例，系统调用是通过汇编指令int 0x80完成的。在调用这条指令之前，应用层会先设置好系统调用的参数，其中最重要的一个参数就是系统调用号。每个系统调用都有一个编号，内核通过这个编号来区别是哪一个系统调用。剩下的参数就是特定系统调用需要的参数。比如amd64下linux的read,write,open,close对应的系统调用编号分别是0,1,2,3。

Go的syscall包中提供了很多的系统调用的函数封装，像Open，Exec，Socket等等，其实他们底层使用的都是一个类似Syscall的函数。这是一个汇编写的函数，实现依赖于具体的平台和机器，比如说下面是在syscall_darwin_386.s中的定义：

  1. TEXT    ·Syscall(SB),NOSPLIT,$0-32
  2.     CALL    runtime·entersyscall(SB)
  3.     MOVL    4(SP), AX    // syscall entry
  4.     // slide args down on top of system call number
  5.     LEAL        8(SP), SI
  6.     LEAL        4(SP), DI
  7.     CLD
  8.     MOVSL
  9.     MOVSL
  10.     MOVSL
  11.     INT    $0x80
  12.     JAE    ok
  13.     MOVL    $-1, 20(SP)    // r1
  14.     MOVL    $-1, 24(SP)    // r2
  15.     MOVL    AX, 28(SP)        // errno
  16.     CALL    runtime·exitsyscall(SB)
  17.     RET
  18. ok:
  19.     MOVL    AX, 20(SP)    // r1
  20.     MOVL    DX, 24(SP)    // r2
  21.     MOVL    $0, 28(SP)    // errno
  22.     CALL    runtime·exitsyscall(SB)
  23.     RET

其中寄存器AX中存放的是系统调用号，设置好调用参数，然后执行INT $0x80指令进入系统调用，等待函数返回。在syscall包中还有跟Syscall很类似的函数RawSyscall，它们的区别就是RawSyscall中没有runtime.entersyscall和runtime.exitsyscall。那么，这两个函数是做什么的呢？

系统调用可以分为阻塞的和非阻塞的，像Getgid这种能立刻返回的就是非阻塞的，而默认情况下IO相关的系统调用基本上是阻塞的。非阻塞的系统调用函数是调用的RawSyscall，而阻塞的是调用的Syscall。关键点就在于runtime.entersyscall和runtime.exitsyscall这两个函数。Go为了最有效地利用CPU资源，不会让阻塞于系统调用的goroutine一直等待系统调用返回而白白浪费CPU。runtime·entersyscall函数就是将goroutine切换成Gsyscall状态，脱离调度，然后找一个其它的goroutine执行。

entersyscall会将goroutine的sp和pc保存到g->sched中，然后将g->status设置为Gsyscall。 将m->mcache置为空，将当前的p从m中脱离，将p的状态设置为Psyscall。P和G是一起进入到syscall状态的，从M中脱离。这意味着什么呢？前面说过，M对应的是OS线程，P获得M后才能执行G。M不会被挂起也就是说OS线程是可以继续工作的。