操作系统笔记-启动流程、中断、异常、系统调用

系统启动流程

​在操作系统的启动过程中主要涉及了BIOS、bootloader、MBR、OS代码之间的交互过程，本次简要的介绍一下大致执行流程。

首先要了解的是计算机没启动时的状态，这里假设程序在内存中是按顺序从0开始排列的，没启动状态下的内存由BIOS程序代码、数据组成，它占据的空间是0到ox7c00的范围。硬盘中的排列是0到512字节存储bootloader的代码和数据，接着存储os的代码和数据。CPU中通过CS和IP确定下一条取指的地址，默认指向BIOS的第一条指令所在的地址，按照这里的假设CS、IP的指向就是0。

按下电源键以后，cpu开始执行BIOS的代码，它按照顺序开始取指执行，BIOS代码主要做的事就是自检，即检查硬件是否工作正常，然后读取硬盘0到512字节的内容存入内存中，之后跳转到bootloader代码所在的内存地址继续执行。

当cpu跳转至bootloader后，即代表控制权交给了bootloader，bootloader才会真正加载os，它会读取硬盘上的os，将其加载到ox7c00开始的位置，当所有代码都加载结束后，bootloader会将cs和ip的指向转为7c00，接着cpu就会从7c00即os所在的位置开始执行代码，此时操作系统就开始启动了。

中断

CPU执行指令分为三个阶段，取指，执行，检查中断，其中的中断是指其他硬件需要cpu执行操作的请求，比如当网卡收到数据后，就会向cpu发出中断信号，要求cpu处理接收到的数据，如果cpu要处理中断，则必须保存目前运行的进程和寄存器状态，以便在中断结束后继续回到原来的进行执行，这称为保存进程执行的上下文。

异常

异常是指在程序运行过程中，因为某些原因导致程序出错，无法执行下去，此时为了保护操作系统，必须要杀死进程，异常分为很多种类。

系统调用

应用程序的代码运行环境和os的代码运行环境不同，这是为了保护硬件，应用程序执行的环境称为用户态，os执行的环境称为内核态，当应用程序需要调用硬件资源时，它会通过一个os提供的函数执行，此时环境切换到内核态，当os执行完成后，会将结果返回给应用程序，并且将环境切换回去，这整个过程就称为系统调用。

三者之间的对比（源头、时间、响应方式）

源头：中断由硬件设备产生、异常由程序产生、系统调用由应用程序产生

时间：中断持续时间短，用户几乎体会不到，异常会导致程序结束执行，系统调用持续时间由具体的系统调用而定

响应方式：中断为异步响应，异常为同步响应，系统调用可以是异步的也可以是同步的