系统调用态的切换过程

kernel 是什么？

1. 当计算机接上电源的那一刻，会启动一个 kernel 程序，加载到内存当中，这是整套系统第一个加载到内存当中的程序，也就是说 kernel接管了硬件的调用，kernel 它将最底层封装后，内核会向外暴露一些调用，又叫系统调用(system call)。
   当其他程序要调用资源的时候，是直接面向于kernel的。例如访问硬盘。
2. kernel还起到一个非常关键的安全性保证，不让其他程序乱动硬件和访问其他程序的内存，因此kernel与cpu存在着两种交互模式。
   kernel加载到内存前与cpu的交互是实模式，加载完毕以后，转换为保护模式。
   实模式下，kernel访问cpu请求，获取到的都是真实的物理地址。
   保护模式将kernel本身的内存地址虚拟化隔离开，还可以将其他程序分配到一个虚拟地址。
3. kernel中有个调度程序，会将其他的活动进程扔到一个队列里面。内核里面还有一个中断向量表，是一个hashmap，key为中断号，值为回调函数。
   在程序没启动前，程序只是一个文件，当程序启动时，内核会读取文件将其读取到内存当中。

时分系统与中断

单核cpu利用时间片来保证每个程序同时运行。也叫时分系统。

时间片如何产生的？

晶振(硬件)：直流电输入，输入过程是没有间歇的，它的输出是按照一定频率分段的(交流电的输入是有间隔的)。它的输出会连接到cpu上，因为有间隔的输出，每当cpu收到一个电流信号，则会发生一个中断行为。
当中断行为产生，cpu会把当前执行的程序在cpu上的寄存器中缓存的数据写回到内存（先找到中断向量表，再通过kernel），保留上下文现场。再把另外一个(Kernel的队列按顺序取出看优先级)需要加载的程序的内存再放回到寄存器中。之后，再执行用户的程序代码，开始进入了用户态。如此循环。

晶振

键盘会产生中断告诉cpu该执行此程序了，因为外设设备可以自己产生间断的电压告诉cpu发生中断。

当执行到 system.out.println("hello world")

在这个过程中，我们首先会进入到系统调用入口程序，然后会往cpu寄存器(eax)送写了一个write函数，参数('hello world')也会放到一个寄存器(ebx)，紧接着当cpu看到write后，就会开始找内核kernel，因为它不知道write函数是在内核的哪个地址上，然后cpu会埋下一个cpu的指令 int 0x80，int是指令不是变量类型，为中断的前三个字母的首字母interrupt，当读到int指令后，就会读到0x80，0x80是16进制的128，128存在中断向量表当中，找到对应的回调函数，即切换程序指令，这个回调函数的大致内容是不要执行当前程序了，开始保护当前程序的上下文现场，放入到寄存器，然后进入阻塞状态，到内核，把刚才寄存器里放的write在kernel重新注册的地址，找到这个函数运行执行，这个时候就是由用户态的程序跑到内核态。
结论，cpu最终会从内核中读取指令。程序给cpu指令，产生中断，cpu再通过内核执行函数。这个叫做系统调用态的切换过程。

函数调用：不需要产生中断，同一个程序发生两个指令，不需要切换时间片，就在同一个进程所有的内存中
系统调用成本比较高，需要产生中断。io牵扯到硬件，必然会发生中断，会有内核态切换的过程。
内核要保护进程内存，多个程序需要以中断的方式使用内核。

中断，陷阱，异常的该方面知识的扩展

https://www.cnblogs.com/broglie/p/5463359.html
https://blog.csdn.net/yikaozhudapao/article/details/89279304
https://www.cnblogs.com/yudao/p/4386775.html?utm_source=tuicool&utm_medium=referral