1分钟了解INT 80h中断

1.简介int 80h

是Linux操作系统中的一个系统调用中断，它提供了一种用户空间程序与内核交互的方式。

2.详细解释

在Linux操作系统中，为了保护内核代码和数据不被用户程序直接访问或修改，将其运行环境分为两个部分：用户空间和内核空间。但有时候，用户程序需要请求某些只能由操作系统内核完成的服务（如文件读写、进程创建等），这就需要一种机制来实现从用户态切换到内核态，并传递必要参数。这种机制就是“系统调用”。而int 80h则是x86架构下Linux实现系统调用的一种方式。当执行int 80h指令时，CPU会自动切换到特权级0（即内核态），并跳转到IDT（Interrupt Descriptor Table）表中第0x80项所指向的地址处执行代码。

3.具体举例

例如，在C语言编程中我们想要使用write()函数输出字符串"Hello, World!"到标准输出设备上：c

#include 

int main() {
    write(1, "Hello, World!\n", 14);
    return 0;
}

在底层实现上，write()函数会设置好相应寄存器值后通过执行int $0x80触发一个软件中断来进行对应的系统调用。

执行INT 80h会触发一个软件中断，使得CPU切换到内核模式并开始执行操作系统的系统调用处理程序。这个处理程序会根据在寄存器中设置的参数来决定要执行哪种类型的系统调用。

具体步骤如下：

1. 用户空间应用将系统调用号放入EAX寄存器，同时也将其他必要参数放入其它寄存器。
2. 应用接着执行int 80h指令，引发软件中断。
3. CPU保存当前状态，并切换到内核模式。
4. 根据IDT（Interrupt Descriptor Table）表找到对应于80h的处理函数地址并跳转过去。
5. 内核查看EAX寄存器以确定需要进行何种系统调用，并读取其他相关寄存器获取更多信息。
6. 系统完成请求后返回结果给用户空间应用。

4.比喻解释

假设你正在饭店吃饭，并且你想点菜。你不能直接去厨房煮菜（因为那里只有厨师可以进入）。所以你告诉服务员你想点什么菜（即使出一个请求）。然后服务员走进厨房并告诉厨师他们需要做什么。这个过程类似于使用 int $0x80 进行 Linux 系统调用：应用程序不能直接运行在 kernel mode 下面进行任务处理，所以它们产生一个 interrupt 来通知 OS kernel 完成任务。

5.优点

• 提供了安全性： 防止恶意或错误地修改关键资源。
• 易于管理： 所有权限相关问题都集中处理。
• 可移植性强: 不同硬件平台之间可以共享大量代码

6.缺点

• 性能开销： 每次系统调用都需要在用户态和内核态之间切换，这会带来一定的性能损失。
• 编程复杂度高: 需要对操作系统有深入理解才能正确使用。

7.总结

int 80h是Linux中实现系统调用的一种方式，是系统调用的入口，是用户态到内核态的入口点。它提供了一个安全、可控的机制让用户程序可以请求内核服务。虽然存在一些性能和编程复杂度上的问题，但其优点使得它成为了操作系统设计中不可或缺的部分。

Question:

1. 为什么需要INT 80h中断机制？

因为它提供了一种安全可靠的方式来进行系统级别的操作。如果没有这样一个机制，那么任何用户空间程序都可以直接访问硬件和其他低级资源，这可能导致数据丢失、系统崩溃或者其他严重问题。

2. 还有哪些常见中断？

在x86架构中，除了int 80h系统调用中断外，还有许多其他的硬件和软件中断。
以下是一些常见的例子：

1. int 0: 这是一个由除以零错误触发的异常。
2. int 3: 这个被称为断点异常，通常用于调试目的。
3. int 10h: 这是视频服务中断，在DOS环境下经常使用来进行屏幕操作（如改变颜色、移动光标等）。
4. int 13h: 这是BIOS磁盘服务中断，可以进行磁盘读写操作。
5. int 21h: 在DOS环境下这个被广泛应用作为系统调用接口，提供文件管理、设备控制等功能。
6. IRQs (Interrupt Requests): IRQs 是硬件设备向处理器发送请求时所使用的信号。例如键盘输入或鼠标点击会通过IRQ1和IRQ12分别发送给CPU。

需要注意的是，并非所有这些都适用于Linux。在现代Linux系统上（特别是64位），系统调用主要通过syscall指令完成而不再使用int 80h.

syscall是什么？

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