OS-中断，异常和系统调用

系统调用（system call）

应用程序主动向操作系统发出的服务请求

异常

非法指令或者其他原因导致当前指令执行失败
如内存出错后的处理请求

中断

来自硬件设备的处理请求
如下图所示，包括中断，异常，和正常的通过函数库调用内核的操作接口。

三者不同

1. 源头不同：
   中断：外设
   异常：应用程序意想不到的行为
   系统调用：应用程序请求操作提供服务
2. 响应方式：
   中断：异步
   异常：同步
   系统调用：异步或同步
3. 处理机制：
   中断：持续，对用户应用程序是透明的
   异常：杀死或者重新执行意想不到的应用程序指令
   系统调用：等待和持续

中断和异常处理机制

需要硬件和软件结合处理，其中
硬件需要完成的部分：
1. 在CPU初始化时设置中断使能标志
2. 依据内部或外部事件设置中断标志
3. 依据中断向量调用响应中断服务例程
软件需要完成：
1. 现场保护（编译器）
2. 中断服务处理（服务例程）
3. 清除中断服务标记（服务例程）
4. 现场恢复（编译器）

系统调用

首先看一个函数调用，当用 C 想调用 printf 时，从用户态到内核态是怎样的实现机制。

下面再看下系统调用，操作系统服务的编程接口通常由高级语言编写，比如C和C++，程序访问通常是通过高层次的API接口而不是直接进行系统的调用。三种最常用的应用程序编程接口（API）
1. Win32 API用于Windows
2. POSIX API 用于POSIX-based systems(Unix, Linux, Mac OS X的所有版本）
3. Java API 用于JAVA虚拟机(JVM)

一个系统调用和函数调用的例子

1. 系统调用
   INT 和 IRET 指令用于系统调用：
   系统调用时，堆栈切换和特权级的转化
2. 函数调用
   CALL 和 RET 用于常规调用，常规调用时没有堆栈切换。
   函数调用和系统调用分别启用各自的一套堆栈，前者属于用户态，后者属于内核态，这个好比去银行取钱，必须通过银行的柜台，而不能直接跑到银行密室打开保险箱。

系统调用还是函数调用？

虽然系统调用相比函数调用更安全，但是前者的开销更大，具体表现在：
1. 引导机制
2. 建立内核堆栈
3. 验证参数
4. 内核态映射到用户态的地址空间，比如更新页面映射权限
5. 内核态独立地址空间，TLB