王道操作系统—中断,系统调用

如题所述

中断是操作系统内核获取CPU的 唯一 方法,正常情况下,CPU会执行用户程序,当内核需要执行行,可以通过中断让内核获取CPU的执行权;

中断的引入是为了程序的并发,当时间片用完,需要进行进程切换的操作,这个操作必须由内核完成,所以发出一个中断让内核获得CPU的执行权,此时CPU处于内核态;

内核态->用户态: 执行一条 特权指令 ——修改 PSW 的标志位为“用户态”,这个动作意味着操作系统 将主动让出CPU使用权

用户态->内核态: 由“中断”引发,硬件自动完成变态过程,触发中断信号意味着操作系统将强行夺 回CPU的使用权

CPU可以访问所有资源,包括所有内存,网卡等硬件资源;

CPU只能受限制的访问部分内存,并且不能直接访问硬件资源;

指特殊权限的指令,这些指令的权限很大,只能由内核调用,如果使用不当,极易造成系统奔溃,常见特权指令的功能有: 清内存、置时钟、分配系统资源、修改虚存的段表和页表,修改用户的访问权限等

一个用于表示系统运行状态的字段,一般用一个寄存器表示,程序状态字PSW(Program Status Word)包括的状态位有:

1. trap: 由 陷入指令 引发,一般是用户程序主动故意触发,比如系统调用

2. fault: 可修复故障,内核修复完成后会将CPU归还给用户程序,常见的可修复故障:缺页

3. abort: 不可修复故障,直接停止该用户程序,常见的有:被除数为0,非法使用特权指令;

1. 时钟中断: 设置一个计时器,到时间会发出一个中断让CPU去执行中断服务程序

2. IO中断: 由硬件产生的中断

CPU中断的实现大概分为两个部分:

注意:中断处理程序是内核程序,所以此时CPU处于内核态;

在了解什么是系统调用之前,我们需要知道什么是操作系统,操作系统是计算机硬件和上层用户之间的接口,这里的上层用户可以是计算机的使用者,也可以是用户程序;

系统调用是操作系统提供给用户进程使用的接口,为了保证操作系统的安全,用户态进程无法访问某些资源,如果需要访问,必须通过系统调用借助内核来实现;

系统中的各种资源都是由操作系统同一管理的,所以设计到资源的使用都必须借助系统调用来完成,比如:内存分配,文件读取,IO操作;这样可以保证系统的安全性,防止用户程序非法操作;

系统调用的原理就是用户态发出一个陷入指令(trap指令,防管指令),触发一个中断,让内核在中断响应程序中去替用户程序做事情;

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