操作系统的中断异常和系统调用

Posted 2020-12-12 deusjin

操作系统的中断、异常和系统调用

中断

• 硬件
  • 设置中断标记【CPU初始化】
    • 将内部、外部事件设置中断标记
    • 中断事件的ID
• 软件
  • 保存当前处理状态
  • 中断服务程序处理
  • 清除中断标记
  • 恢复之前保存的处理状态

异常

异常编号

• 保存现场
• 异常处理
  • 杀死产生异常程序
  • 重新执行异常指令
• 恢复现场

系统调用

应用程序调用printf（），会触发write（）。

程序访问主要是通过高层次的api接口而不是直接进行系统调用。

• win32 api 用于 Windows
• POSIX api 用于 Unix，Linux，MacOSX
• Java api 用于java虚拟机（JVM）
  • 其实也实现调用java api随后调用对应操作系统的api

操作系统如何完成系统调用（用户态到<--->内核态）

• 通常情况，与每个系统调用相关的序号
  • 系统调用接口根据序号维护表的索引
• 系统调用接口调用内核态中预期的系统调用
  • 并返回系统调用的状态和其他任何返回值
• 用户不需要知道系统调用是如何实现的
  • 只需要获取API和了解操作系统讲什么作为返回结果
  • 操作系统接口细节大部分都隐藏在API中
• 系统调用中，操作系统和应用程序的堆栈是不同的。

跨越操作系统便边界的代价

• 在执行时间上的开销超过程序调用
  • 对应中断号，堆栈切换保存与恢复
• 开销：
  • 建立 中断/异常/系统调用 号与对应服务例程映射关系的初始化开销
  • 建立内核堆栈
  • 验证参数
  • 内核态映射到用户态的地址空间
    • 更新页面映射
  • 内核独立地址空间
    • TLB