408考研逐题详解：2010年第23题——系统调用

2010年第23题

下列选项中，操作系统提供给应用程序的接口是（ ）

A. 系统调用 \qquad B. 中断 \qquad C. 库函数 \qquad D. 原语

解析

本题考查对操作系统接口机制的理解，特别是应用程序如何与操作系统内核交互以请求服务（如文件操作、进程管理等）。

1. 系统调用：是操作系统内核为应用程序提供的一组预定义接口，允许应用程序请求内核服务（如 I/O 操作、进程控制、内存分配等）。应用程序通过特定的指令（如int 0x80或syscall）从用户态切换到内核态，由内核执行特权操作后返回结果。系统调用是应用程序与 OS 交互的最基础途径，其他选项（如库函数）可能封装系统调用，但系统调用本身是 OS 提供的原生接口。
2. 中断：是硬件或软件触发的信号，用于通知 CPU 暂停当前任务并处理紧急事件（如硬件设备完成 I/O、时钟信号）。中断分为硬件中断（如键盘输入）和软件中断（如程序异常）。
   • 中断的特点
     • 被动性：由外部事件触发，而非应用程序主动调用。
     • 内核内部机制：中断处理程序（ISR）是 OS 内核的一部分，用于响应事件、调度任务或切换上下文。
     • 非应用层接口：应用程序无法直接发起或控制中断；它由OS管理，对应用程序透明。
   • 中断是 OS 实现多任务和异步事件处理的底层机制，但并非 OS “提供”给应用程序的接口，而是 OS 内部自用。
3. 库函数：是编程语言或运行时库提供的预编译函数集合（如 C 标准库的printf()、malloc()），封装常用功能以简化开发。是应用程序开发的辅助工具，可能间接使用系统调用，但 OS 仅通过系统调用直接暴露服务。
4. 原语：是操作系统内核中不可分割的原子操作（如同步原语：信号量、互斥锁），用于实现资源互斥、进程同步等。是系统调用的实现基础，但本身不是OS暴露给应用程序的接口。原句具有如下特点：
   • 内核级操作：原语在内核态执行，保证操作的原子性（执行过程不可中断）。
   • 非直接接口：应用程序无法直接调用原语；必须通过系统调用或库函数间接使用（如pthread_mutex_lock()封装同步原语）。
   • 构建基础：原语是 OS 内部调度和资源管理的基石，但对应用程序隐藏。

本题要求识别“操作系统提供给应用程序的接口”，强调 OS 主动暴露的服务访问点。由上述知识点内容可知，系统调用是唯一符合此定义的选项。操作系统通过系统调用实现“保护环”模型（用户态/内核态隔离），确保应用程序安全访问硬件资源。本题揭示了 OS 接口的层次性：应用程序 → 库函数（可选） → 系统调用 → OS 内核（含原语/中断处理）。

本题答案：A