操作系统中断、异常及系统调用介绍

操作系统是一种控制和管理计算机硬件与软件资源的系统软件。在操作系统中，中断和异常是非常重要的概念。中断是一种由硬件设备产生的信号，可以在任何时刻打断 CPU 的执行，而异常是由 CPU 产生的，通常出现在执行指令时遇到异常情况。在操作系统中，中断和异常的处理是至关重要的，同时还包括了系统调用和软中断的处理。 异常是由 CPU 产生的，通常情况是在执行指令时遇到异常情况，例如除零、溢出及页面异常等。另一种情况是通过 int 指令来实现系统调用。而中断分为可屏蔽的和不可屏蔽的两类，由一些硬件设备产生，并且可以在指令执行的任意时刻产生。中断和异常的发生都将导致核心态代码的运行，可能发生在用户态，也可能发生在核心态，并且中断的嵌套发生往往是允许的。异常大部分发生在用户态，但是页面异常可能发生在核心态。异常也最多可能两层嵌套，绝大多数情况是只有一级异常。在处理过程中可能产生中断，但反之则不可能。 在操作系统中，中断向量表（IDT）是中断/异常处理的入口，在系统初始化时创建。每个中断/异常都有一个向量号，该号的值在 0~255 之间，是中断/异常在 IDT 中的索引。IDT 表项也记录了一些其他信息用以安全检查。 对于异常的处理，通常情况下会将异常抛出并交由异常处理程序来处理。而系统调用则是程序的请求操作系统服务的一种方式，用户程序可以通过系统调用接口请求操作系统完成特权操作，例如 I/O 操作等。系统调用通常是通过软中断的方式来实现，软中断是由程序内部发起的，通过中断指令（int）来触发处理程序。操作系统需要对系统调用和软中断进行适当的处理和分发。 总之，中断、异常及系统调用是操作系统中重要的概念和功能，它们对于操作系统的正常运行和资源管理起着至关重要的作用。对于操作系统的学习和使用来说，对中断和异常的理解和掌握是至关重要的。同时，系统调用和软中断的处理也是操作系统中不可或缺的部分，它们是用户程序与操作系统交互的重要接口，对于系统的性能和安全性都有着重要的影响。因此，中断、异常及系统调用的理解和处理是操作系统学习和工程实践中必须重视的内容。