中断异常和系统调用
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了中断异常和系统调用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
1、操作与程序和设备的交互
交互过程主要与操作系统的interface设计有关，面对外设，通过中断和IO进行处理；面对应用程序，通过系统调用，异常提供相应功能。
系统调用：应用程序主动向操作系统发出服务请求。需要操作系统提供服务支持；
异常：非法指令或者其他坏的处理状况；
中断：来自不同的硬件设备的计时器和网络的中断
注：中断源于外设(基于定义，本笔记中均指这种)。但实际使用上，除了CPU被动处理来源于外设的中断信号，CPU执行程序时，程序中包含专门的中断指令，即中断也可能是由程序产生的(基于使用)。
2、中断、异常和系统调用解决的问题
中断：当某个外设连接计算机或某个程序马上执行时，操作系统可能正在进行其他操作，没办法立刻进行响应。所以提供中断机制，当外设或程序与系统有交互的时候，处理机立即中止现行程序的运行，自动转入相应的处理程序(中断服务例程)，待处理完后，再返回原来的程序运行。因此中断不是为了断开，而是为了连上处理；
异常：当程序（意外）出错时，将错误交给操作系统，操作系统执行异常处理例程；
系统调用：通过系统调用为用户提供相应接口，同时这些接口不会影响系统安全
3、响应方式
中断：异步，即CPU不知道外设是什么时候发出的中断；
异常：同步，即产生异常，处理异常；
系统调用：异步或同步，应用程序发出系统调用请求，如果程序一直等待内核反馈处理结果，就是同步；如果程序不等待结果去接着执行其他事，等内核返回结果后再回来获取结果，就是异步
4、中断和异常的处理机制(软硬件相结合)
当某个外设事件产生一个中断或内部事件产生一个异常，这时要知道是由哪个服务例程去处理这个中断或异常。它是通过中断向量表查询的。
中断向量表：entry结构，一侧是中断号，异常号，不同事件编号不同，这些编号对应不同地址，这些地址就是处理中断或异常的服务例程的起始地址。
4.1 硬件处理
在CPU初始化时设置中断使能标志；(在CPU未准备好之前，无法处理硬件设备的交互信息，所以需要设置CPU使能标志，表示CPU是否准备好)
依据内部或外部事件设置中断标志；(外部设备或内部事件向CPU发出中断信号，CPU对事件标识，表示产生了异常或中断，由这个信号得到异常号或中断号)
依据中断向量调用相应中断服务例程 或异常处理例程；
4.2 软件处理
4.2.1 中断_软件处理
保存当前处理状态；
执行中断服务例程处理；
清除中断标记；(服务例程)
恢复之前保存的处理状态；
(由于保护-恢复机制，因此用户感受不到中断的产生)
4.2.2 异常_软件处理
保存现场；
异常处理；
1、处理程序是杀死产生了异常的程序，退出执行
2、异常产生的原因操作系统可以弥补（如资源不够），处理程序是让操作系统进行弥补工作，然后恢复现场，这时就已经没有异常了
恢复现场；
5、系统调用
应用程序需要操作系统提供服务，这些服务，不能由程序直接执行，必须要操作系统执行，这时就需要操作系统提供相应接口，这些接口就是系统调用接口。
用户态和内核态：
它表示程序执行过程中，CPU所处于的一种状态。用户态特权级低，CPU不能直接访问某些特殊的机器指令和IO；内核态表示操作系统运行过程中，CPU处于的状态，此时CPU能访问任何一条指令。一个应用程序执行，会经过从用户态到内核态的反复转换。
6、系统调用和函数调用的区别：
当应用程序发起函数调用的时候，其实是在一个栈空间完成了函数参数的传递和参数返回；但系统调用执行过程中，应用程序和操作系统内核实际拥有各自的堆栈。即当应用发出系统调用之后，切换到内核态执行，实际上是切换到操作系统的堆栈，同时也切换了特权级。这种切换需要一定开销，所以系统调用开销比函数调用大。
7、操作系统带来的开销
操作系统通过中断、异常和系统调用，和应用程序以及外设进行交互，这种交互过程实际跨越了操作系统和外设，操作系统和应用程序的边界。这种跨越是有代价的，但这些代价保证了设备信息安全。跨越操作系统边界的开销：
1、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
2、建立内核堆栈
3、操作系统是不信任应用程序的，因此会对参数进行校验
4、内核态切换到用户态实际是内存的拷贝，会有开销。内核态映射到用户态的地址空间，更新页面映射权限
5、内核态独立地址空间
6、每次退出内核态，都会对当前状态进行保存，再次进入时又需要恢复
以上是关于中断异常和系统调用的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章