操作系统复习

Posted 2022-09-09 lxy-xf

用户态到内核态的切换发生了什么

1.读取tr寄存器，访问TSS段
　　TSS段保存内核栈信息
2.从TSS段中的sp0获取进程内核栈的栈顶指针
　　sp：堆栈指针(Stack Pointer)寄存器，用它只可访问栈顶。
3.在内核栈中保存当前cs,ss,eip,esp寄存器的值（地址）
　　cs 为代码段寄存器
　　ss 为栈段寄存器，一般作为栈使用
　　eip:用来存储CPU要读取指令的地址，CPU通过EIP寄存器读取即将要执行的指令
　　esp:用户栈栈顶指针
4.把内核代码选择符写入CS寄存器，内核栈指针写入ESP寄存器，把内核入口点的线性地址写入EIP寄存器
　　此时，CPU已经切换到内核态，根据EIP中的值开始执行内核入口点的第一条指令。

中断分类

外中断
由 CPU 执行指令以外的事件引起，如 I/O 完成中断，表示设备输入/输出处理已经完成，处理器能够发送下一个输入/输出请求。此外还有时钟中断、控制台中断等。

异常
由 CPU 执行指令的内部事件引起，如非法操作码、地址越界、算术溢出等。

陷入
在用户程序中使用系统调用。

异常：异常是由当前正在执行的进程产生。异常包括很多方面，有出错（fault），有陷入（trap），也有可编程异常（programmable exception）。

出错（fault）和陷入（trap）最重要的一点区别是他们发生时所保存的EIP值的不同。出错（fault）保存的EIP指向触发异常的那条指令；而陷入（trap）保存的EIP指向触发异常的那条指令的下一条指令。因此，当从异常返回时，出错（fault）会重新执行那条指令；而陷入（trap）就不会重新执行。这一点实际上也是相当重要的，比如我们熟悉的缺页异常（page fault），由于是fault，所以当缺页异常处理完成之后，还会去尝试重新执行那条触发异常的指令（那时多半情况是不再缺页）。陷入的最主要的应用是在调试中，被调试的进程遇到你设置的断点，会停下来等待你的处理，等到你让其重新执行了，它当然不会再去执行已经执行过的断点指令。

软中断和硬中断

硬中断：

1. 硬中断是由硬件产生的，比如，像磁盘，网卡，键盘，时钟等。每个设备或设备集都有它自己的IRQ（中断请求）。基于IRQ，CPU可以将相应的请求分发到对应的硬件驱动上（注：硬件驱动通常是内核中的一个子程序，而不是一个独立的进程）。

2. 处理中断的驱动是需要运行在CPU上的，因此，当中断产生的时候，CPU会中断当前正在运行的任务，来处理中断。在有多核心的系统上，一个中断通常只能中断一颗CPU（也有一种特殊的情况，就是在大型主机上是有硬件通道的，它可以在没有主CPU的支持下，可以同时处理多个中断。）。

3. 硬中断可以直接中断CPU。它会引起内核中相关的代码被触发。对于那些需要花费一些时间去处理的进程，中断代码本身也可以被其他的硬中断中断。

4. 对于时钟中断，内核调度代码会将当前正在运行的进程挂起，从而让其他的进程来运行。它的存在是为了让调度代码（或称为调度器）可以调度多任务。