操作系统——中断、异常和系统调用

文章目录

• ​​一. 内容总览​​
• ​​二. 中断和异常​​

• ​​1. 中断机制的诞生​​
• ​​2. 中断的概念和作用​​
• ​​3. 中断的分类​​

• ​​(1). 分类方式一：​​

• ​​1. 内中断（也叫异常、陷入）​​
• ​​2. 外中断（中断）​​

• ​​(2). 分类方式二：​​

• ​​4. 外中断的处理过程​​
• ​​5. 中断机制的基本原理​​

• ​​三. 系统调用​​

• ​​1. 什么是系统调用，有何作用​​
• ​​2. 系统调用和库函数的区别​​
• ​​3. 为什么系统调用是必须的？​​
• ​​4. 系统调用背后的过程​​

• ​​四. 中断、异常和系统调用比较​​

一. 内容总览

二. 中断和异常

1. 中断机制的诞生

2. 中断的概念和作用

用户态、核心态之间的切换是怎么实现的？

用户态→核心态是通过中断实现的。并且中断是唯一途径
核心态→用户态的切换是通过执行一个特权指令，将程序状态字（PSW）的标志位设置为用户态

3. 中断的分类

(1). 分类方式一：

1. 内中断（也叫异常、陷入）

信号的来源：CPU内部 与当前执行的指令有关

分为：

1. 自愿中断——指令中断

1. 如系统调用时使用的访管指令（又叫陷入指令、trap指令）该指令不是特权指令
 2. 执行陷入指令，意味着应用程序主动的将CPU控制权还给操作系统内核。
 3. 系统调用就是通过陷入指令完成的

1. 强迫中断
   原因：

• 硬件故障

如：缺页

• 软件中断

如：整数除0

2. 外中断（中断）

信号的来源：CPU外部，与当前执行的指令无关

分为：

1. 外设请求

如：I/O操作完成发出的中断信号

1. 时钟中断
2. 人工干预

如：用户强行终止一个进程

(2). 分类方式二：

4. 外中断的处理过程

5. 中断机制的基本原理

三. 系统调用

Linux系统调用？

1. 什么是系统调用，有何作用

系统调用是操作系统提供给应用程序（程序员/编程人员）使用的接口，可以理解为一种可供应用程序调用的特殊函数，应用程序可以通过系统调用来请求获得操作系统内核的服务

凡是与资源有关的操作，会直接影响到其他进程的操作，一定需要操作系统的介入，即需要通过系统调用来实现

2. 系统调用和库函数的区别

3. 为什么系统调用是必须的？

4. 系统调用背后的过程

以read 调用为例

四. 中断、异常和系统调用比较

• 系统调用（system call）

应用程序主动向操作系统发出的服务请求

• 异常(exception)

非法指令或者其他原因导致当前指令执行失败   (如：内存出错)后的处理请求

• 中断(hardware interrupt)

来自硬件设备的处理请求

比较：

1. 源头

中断：外设引起

 异常：应用程序意想不到的行为

 系统调用：应用程序请求操作系统提供服务

1. 响应方式

中断：异步

 异常：同步

  系统调用：异步或同步

1. 处理机制

中断：持续，对用户应用程序是透明的

 异常：杀死或者重新执行意想不到的应用程序指令

 系统调用：等待和持续