Co je system call a co jsou user mode a kernel mode?

Question

IT Interview Practice · Accepted Answer

**System call (syscall)** je mechanismus, kterým program v user space žádá kernel o službu — otevření souboru, odeslání síťových dat, alokaci paměti, vytvoření procesu. Protože tyto akce sahají na hardware nebo ovlivňují jiné procesy, smí je provádět jen **kernel**, takže syscall záměrně překračuje ochrannou hranici.

## User mode vs kernel mode

CPU běží na jedné z (alespoň) dvou úrovní oprávnění:

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

Běžné volání funkce zůstává v user mode. Syscall provede řízený **mode switch** (přepnutí režimu) do kernel mode, spustí důvěryhodný kernel kód a pak se vrátí:

```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
```

## Jak to funguje v praxi

Trap zřídka píšete sami — obaluje ho knihovna C. `fopen`/`fread` ve vašem kódu nakonec zavolají syscally `open`/`read`:

```c
// glibc read() umístí číslo syscallu + argumenty do registrů,
// pak provede instrukci trap (např. `syscall` na x86-64).
ssize_t n = read(fd, buffer, 4096);   // → skok (trap) do kernelu
```

Trap (softwarové přerušení / vyhrazená instrukce) je to, co bezpečně mění úroveň oprávnění — kód v user space nemůže jen tak „skočit do“ kernelu; může vstoupit pouze v definovaných vstupních bodech syscallů, které validují své argumenty.

## Proč je to důležité

Rozdělení user/kernel je základem bezpečnosti a stability OS: je to důvod, proč jeden proces nemůže čmárat po hardwaru nebo paměti jiného procesu. Pochopení syscallů také vysvětluje výkon — každý stojí jeden mode switch (stovky nanosekund), což je důvod, proč záleží na dávkování I/O nebo použití `mmap`/`io_uring` ke snížení počtu syscallů, a proč je `strace` (které vypisuje syscally programu) tak mocný ladicí nástroj.

User mode vs kernel mode

Jak to funguje v praxi

Proč je to důležité

Související otázky