操作系统笔记（四）中断和系统调用等

• bootstrap:

1. 执行者：boot-loader(不是操作系统的一部分). 如 GRUB
2. 任务： 1）加载OS到内存  2）将控制转交给OS

• 中断

1. 处理步骤：
   • 硬件：保存寄存器, 切到ISR（Interrupt Service Routine）
   • ISR汇编：保存需要的寄存器，设置环境
   • ISR C: 处理中断，从外设读入数据
   • ISR C: 返回汇编ISR
   • ISR汇编：恢复寄存器，返回中断点。
2. ISR：
   • 本质：以IRQ（Interrupt ReQuest number）为索引检索interrupt vector
   • 应用：处理中断时，CPU根据设备的IRQ定位Interrupt vector中对应的ISR
3. 异步事件

• 异常
  • 本质：处理器执行指令时遭遇异常。因是同步事件（处理完才返回），又称为软件中断或同步中断
  • 与中断区别：1）发起对象 外设 vs 软件 2）处理方式 异步 vs 同步
• 外设的访问：device controller(含寄存器)

1. I/O 传输
   • 同步I/O：同步事件，进程阻塞。
   • 异步I/O：异步事件，多次中断。
   • DMA：异步事件，一次中断。
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2. I/O 端口（8/16地址）：特殊命令，如IN/OUT reg, port 将I/O端口的数据读或写到CPU寄存器
3. 内存映射I/O（内存地址）：通用指令，同一总线。
   • 本质：视作内存
   • 优势：设备驱动可以用C语言写； 不需要单独的I/O保护机制；指令重用
   • 劣势：内存的缓冲机制对于外设很危险
4. 现状：结合使用，memory-mapped i/o用于数据寄存器，i/o端口用于指令寄存器

• 硬件保护

1. dual mode operation: 0 for 内核，1 for 用户。设置在硬件上。
2. privileged instructions：I/o 保护。包括所有I/o命令。仅在内核态执行。
3. memory protection：控制内存可访问的范围。base register and limit register。【base, base + limit）
4. cpu protection: 防止单程序一直占用CPU。计时器（counter register 和 holding register）

• 系统调用

1. 操作系统提供给用户程序访问的接口。
2. call wapper of system call in C run-time(CRT) library -> store system call number -> trap into os -> get system call service routine by indexing a system call table using system call number -> run system call service routine and return to user programs ... 
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3. 如何trap into os? exception(INT 0x80/0x2e) or special instruction(SYSENTER and SYSEXIT)
4. 与库函数的区别：系统调用需要切换到内核态，也就意味着更大的调用开销。库函数本质上和用户自定义的函数一致。