什麼是 Kernel？
一般指稱的 Linux 其實不是作業系統，而是 Kernel 的一種。 Kernel（內核），是處在硬體與軟體之間的程式，它主要負責分配硬體資源給軟體、控制硬體功能，同時把與硬體溝通的複雜流程簡化；相比之下，作業系統（Operating System），則是包含 Kernel 在內的大程式，加入許多面向一般使用者的應用程式、GUI 等等更多方便的功能。
為了安全， 作業系統（或者 CPU）會將程式分為兩種模式： user mode 與 kernel mode ，兩者分別在名為 user space 與 kernel space 的抽象空間中執行。其中在 kernel mode 下執行的程式擁有較大的權限，例如可以亂讀取別人的記憶體、執行一些特殊的 CPU 指令，通常來說，處在 user space 的程式是不被允許直接存取 kernel space 中的資料。因此，只要內核亂了你的電腦通常就會藍屏。
什麼是 System Call？
System Call（系統呼叫）是由系統內核開放給在 user space 程式的界面，可以想成一種內核開放出來的 public functions ，讓程式有辦法透過內核調度資源。
由此圖可以看見，外圍的程式，也就是處在用戶層的程式，不論是 C Library 或是其他應用，想要跟內核溝通都需要透過 System Call。
System Call 大致分為五類：
- Process Control
- File Management
- Device Management
- Information Maintenance
- Communication
比較常見的 System Call 應該是檔案讀寫，如 read(2) 、write(2) 就是 System Call 的一種，而在 C 中寫的 fread(3)、fwrite(3) 都是前二者的 wrapper。
括號內的數字
以 read(2) 為例，你可以打開終端機，打入 man 2 read ，就可以找到有關 read 函式的說明。 man 是系統提供的說明手冊指令，而 2 是手冊中的分區編號，包含 Kernel 提供的 System calls 說明。
System Call 是怎麼實現的？
以前面的檔案讀寫為例，編譯包含 read(2) （或者呼叫 fopen(3) ）的程式所產生的 assembly code 會包含一條特殊的指令：syscall 。
System Call 的步驟如下：
- 將要給此次 System Call 的參數推入 CPU Registers
- 執行
syscall指令，CPU 從 User Mode 換成 Kernel Mode - 將 Instruction Pointer 換到 Kernel 中的 System Call Handler（或 Trap Handler） 的地址
- 將從原本 User Space 程式的狀態（Registers、Stack Pointer、Program Counter…）存到 Kernel Stack 中，等待之後取出
- 根據指示的 Syscall Number ，透過 System Call Table 找到對應函式的地址
- 執行 Syscall Function
- 將執行結果推入特定的 CPU Register
- 從 Kernel Stack 恢復程式狀態，執行
sysret回到 User Mode
下圖展示了 System Call 的流程：
實際編譯出來的 Assembly Code：
section .data
msg db "Hello, World!", 0xA ; The string with a newline character
msg_len equ $ - msg ; Calculate length of the string
section .text
global _start
_start:
; 1. sys_write (RAX = 1)
mov rax, 1 ; system call number for sys_write
mov rdi, 1 ; File descriptor 1: stdout
mov rsi, msg ; Pointer to the message
mov rdx, msg_len ; Length of the message
syscall ; Transfer control to the kernel
; 2. sys_exit (RAX = 60)
mov rax, 60 ; system call number for sys_exit
mov rdi, 0 ; Exit status code 0 (Success)
syscall ; Transfer control to the kernel
而實際上的 C 程式碼可能就只是：
#include <unistd.h>
int main() {
char msg[] = "Hello, World!\n";
size_t msg_len = sizeof(msg);
ssize_t errno = write(1, msg, msg_len);
return 0;
}