Linux内核源代码解读：中断、异常与系统调用

“中断、异常、系统调用小结——Linux内核源代码导读——陈香兰——系统调用” 在操作系统的设计中，中断、异常和系统调用是至关重要的概念，它们构成了用户程序与内核交互的基础。这篇文章将对这三个概念进行简要总结，并结合Linux内核源代码进行解析。 首先，我们要理解操作系统中的两种基本状态：用户态和内核态。用户态是应用程序执行的环境，而内核态则是操作系统核心运行的环境，拥有更高的权限，可以直接访问硬件资源。 **中断**是硬件事件驱动的一种机制，当硬件设备需要操作系统干预时，比如键盘输入、定时器到期等，会触发中断。中断处理程序在内核态下运行，负责响应并处理这些事件。在x86架构中，中断通常通过`INT`指令触发。中断处理完成后，系统会使用`IRET`（Interrupt Return）指令恢复现场并返回到被中断的程序。 **异常**是处理器检测到错误或特殊情况时的反应，例如除零错误、页故障等。异常同样切换到内核态，但处理过程通常涉及错误处理和恢复。异常结束后，会使用`RETURN_FROM_EXCEPTION`指令返回。 **系统调用**是用户态程序请求内核服务的正式途径，如打开文件、创建进程、读写磁盘等。它通过软中断（软件模拟的中断）实现，比如在x86架构中，通常使用`INT 0x80`指令发起系统调用。系统调用结束后，`SYSCALL_EXIT`会用于退出内核态并返回到用户态。 系统调用是操作系统提供给用户程序的API（应用编程接口）的一部分，但并非所有API都是直接映射到系统调用。一些API直接在用户态完成工作，比如数学函数库。而其他API则会调用封装例程，这些例程最终调用对应的系统调用。例如，在C标准库（glibc）中，很多函数如`open()`、`write()`实际上是系统调用的包装，它们在内部转换为系统调用号，然后通过`int 0x80`或`sysenter`等机制进入内核。 在Linux内核源代码中，系统调用的处理主要集中在`arch/x86/entry/syscalls`目录下的文件，这里定义了系统调用号、系统调用表和入口点。每个系统调用都有一个对应的处理函数，这些函数位于不同子系统如VFS（虚拟文件系统）、内存管理、进程调度等中。 中断、异常和系统调用是操作系统中连接硬件和软件、用户空间与内核空间的关键桥梁。它们确保了程序的正常运行，提供了错误处理机制，同时也保证了系统的安全性和高效性。理解这些概念对于深入学习和分析Linux内核源代码至关重要。