ما هو الـ system call، وما هو user mode وkernel mode؟

Question

IT Interview Practice · Accepted Answer

الـ **system call (syscall)** هو الآلية التي يستخدمها برنامج في user-space لطلب خدمة من الـ kernel — فتح ملف، إرسال بيانات شبكية، تخصيص ذاكرة، إنشاء عملية. ولأن هذه الأفعال تمسّ العتاد أو تؤثّر في عمليات أخرى، لا يجوز إلا لـ **kernel** أن ينفّذها، فيعبر الـ syscall عمدًا حدَّ الحماية.

## user mode مقابل kernel mode

يعمل الـ CPU في أحد مستويين (على الأقل) من الامتيازات:

```text
 user mode   → restricted: no direct hardware access, no privileged instructions
 kernel mode → full access: hardware, all memory, privileged CPU instructions
```

يبقى استدعاء الدالة العادي في user mode. أمّا الـ syscall فينفّذ **mode switch** (تبديل وضع) مضبوطًا إلى kernel mode، ويشغّل كود kernel موثوقًا، ثم يعود:

```text
  user code            kernel
  ─────────            ──────
  read(fd, buf, n)
      │  trap (syscall instruction)
      └──────────────▶ enter kernel mode
                       validate args, do the I/O
      ◀────────────── return value, back to user mode
  continue
```

## كيف يعمل عمليًّا

نادرًا ما تكتب الـ trap بنفسك — فمكتبة C تغلّفها. فـ `fopen`/`fread` في كودك تستدعي في النهاية الـ syscalls `open`/`read`:

```c
// تضع دالة read() في glibc رقم الـ syscall + الوسائط في السجلات (registers)،
// ثم تنفّذ تعليمة trap (مثل `syscall` على x86-64).
ssize_t n = read(fd, buffer, 4096);   // → ينتقل عبر trap إلى الـ kernel
```

الـ trap (مقاطعة برمجية / تعليمة مخصّصة) هي ما يغيّر مستوى الامتياز بأمان — لا يستطيع كود user-space أن "يقفز إلى" الـ kernel ببساطة؛ بل لا يمكنه الدخول إلا عند نقاط دخول syscall محدّدة تتحقّق من وسائطها.

## لماذا يهم

الفصل بين user/kernel هو أساس أمان نظام التشغيل واستقراره: فهو سبب عجز عملية عن العبث بالعتاد أو بذاكرة عملية أخرى. كما يفسّر فهم الـ syscalls الأداءَ — إذ يكلّف كل واحد منها mode switch (مئات النانوثانية)، ولهذا يهمّ تجميع الـ I/O على دفعات أو استخدام `mmap`/`io_uring` لتقليل عدد الـ syscalls، ولهذا يُعدّ `strace` (الذي يسرد system calls البرنامج) أداة تنقيح قوية إلى هذا الحد.

user mode مقابل kernel mode

كيف يعمل عمليًّا

لماذا يهم

أسئلة ذات صلة