操作系统——中断、异常和系统调用

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

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

    如系统调用时使用的访管指令（又叫陷入指令、trap指令）
   

2. 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
   

2. 人工干预

    如：用户强行终止一个进程
   

分类方式二：

4. 外中断的处理过程

三. 系统调用

1. 什么是系统调用，有何作用

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. 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
   

2. 响应方式

    中断：异步
   
    异常：同步
   
     系统调用：异步或同步
   

3. 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