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操作系统--中断与系统调用

1. 中断

1-1. 中断的概念

指处理器停止当前运行的程序，转而处理新的程序。新程序处理结束后，回来继续处理原来被停止的程序。

1-2. 中断的作用

• 提高计算机的运行效率
  因为协调了外部设备速度慢和CPU处理速度快的矛盾
• 维持系统可靠正常工作
  如果遇到异常情况，CPU可以通过发起中断来维持系统稳定
• 满足实时处理要求
  可以保证一些处理优先级高的程序优先执行
• 提供故障现场处理手段
  CPU一旦发现故障或者错误，可以立即中断程序

1-3. 中断的分类

intel系列CPU把中断进一步分为异常和中断两类。

• 中断
  • 可屏蔽中断：IO设备发出的，CPU可以选择是否响应的中断
  • 非可屏蔽中断：IO设备发出的，CPU必须响应的中断
• 异常
  • 处理器探测异常：处理器执行指令过程中发现翻唱条件所产生的异常
  • 变成异常：编程者产生的异常

1-4. 中断向量与中断描述符表

• 中断向量：系统为每个中断分配了一个唯一标识号，范围是0~255，其作用是作为中断描述符表的索引号，所以中断描述符表只有256个表项
• 中断描述符表：CPU会把内存中1KB的空间拿出来存放中断描述符表，每一个表项占用8B空间。空间内存储出现该中断时，系统必须执行的一些指令

2. 系统调用

2-1. 概述

• 概念：提供接口给应用程序来使用，是计算机硬件系统和用户程序之间的一个中间层。
• 作用：
  • 方便了程序员，把程序员从计算底层原理中解放出来
  • 通过权限控制来提高系统的稳定性
  • 只要接口相同，应程序就可以在不同操作系统上实现移植

2-2. 系统调用号、系统调用服务例程和系统调用入口表

• 系统调用号：在操作系统中，系统调用使用号码进行存储
• 系统调用入口表：可以使用系统调用号在表里查询到相应的系统调用服务例程
• 系统调用服务例程：在操作系统内核中的真正实现调用硬件资源的函数

系统调用过程：

1. 应用程序产生系统调用，并查询内存中的系统调用入口表得到系统调用号并存储在硬件中（linux中为EAX寄存器中）
2. 应用程序产生异常编程来发出中断请求，迫使CPU切换状态并调用系统调用程序
3. 系统调用程序通过系统调用号来找到相应的系统调用例程，最终实现功能

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