第7章操作系统接口(系统调用部分)资料

中断是指CPU对系统发生某事件时的这样一种响应：
CPU暂停正在执行的程序，在保留现场后自动地转去执行
该事件的中断处理程序；执行完后，再返回到原程序的断
点处继续执行 。
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被中断程序
中断处理开始
中断点
中断处理 程序
中断处理结束
图 7 - 4 中断时的CPU轨迹
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2. 系统调用的处理步骤
首先，将处理机状态由用户态转为系统态；之后，由硬 件和内核程序进行系统调用的一般性处理，即首先保护被中 断进程的CPU环境，将处理机状态字PSW、程序计数器PC、 系统调用号、用户栈指针以及通用寄存器内容等，压入堆栈； 然后，将用户定义的参数传送到指定的地方保存起来。
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系统调用
操作系统中提供了系统调用，使应用 程序可以通过系统调用的方法，间接调用 操作系统的相关过程，取得相应的服务。
应用程序使用系统调用命令，以取得 操作系统服务时，操作系统将CPU的状态从 用户态转换到系统态，然后执行操作系统 中相应的子程序，完成所需的功能，执行 完成后，系统又将CPU状态从系统态转换到 用户态，再继续执行应用程序。
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7.3.3 系统调用的实现
1. 中断和陷入硬件机构
(1) 什么是中断和陷入。 外中断：由于外部设备事件所引起的中断
内中断：由于CPU内部事件所引起的中断 内中断（trap）被称为“捕获”或“陷入”
陷入是由于执行了现行指令所引起的，中断则是由于系统 中某事件引起的，事件与现行指令无关。
系统调用引起的中断属于内中断，因此由系统调用引起中 断的指令称为陷入指令
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系统调用与一般过程调用的区别
系统调用方式（INT）与程序中一般的过程调 用方式的相同点：
改变指令流程 重复执行和公用 改变指令流程后需要返回原处
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系统调用与一般过程调用的区别
运行在不同的系统状态 一般过程调用，其调用程序和被调用程序都运行 在相同状态：系统态（核心态，管态）或用户态 （目态） 系统调用：调用程序在用户态，被调用程序在系 统态
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系统调用与一般过程调用的区别
嵌套调用 系统调用也允许嵌套调用，即在一被调用过程 执行期间，可再利用系统调用命令调用另一系 统调用 一般每个系统对嵌套调用的深度有限制
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系统调用与一般过程调用的区别
用户 程序
系统 调 用命 令
调用
系统 功能
返回
系统 调 用命 令
系统 功能 系统 调 用命令 调用 系统子功能
其次，是分析系统调用类型，转入相应的系统调用处理 子程序。
最后，在系统调用处理子程序执行完后，应恢复被中断
的或设置新进程的CPU现场，然后返回被中断进程或新进程，
继续往下执行。
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练习：
系统调用的目的是（） A、请求系统服务 B、终止系统服务 C、申请系统资源 D、释放系统资源 用户程序通过系统调用creat来创建一新文件时，在执行 系统调用前，用户进程是运行在（）下，在执行creat()的 过程中，用户进程是运行在（）下。
返回
(a) 系统调用与返回
(b) 程序之间的嵌套调用
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7.3.2 系统调用的类型
进程控制 文件操纵 通信管理 系统维护
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7.3.3 系统调用的实现
系统调用，由原来的用户态转换为系统态，是借助于中断 和陷入机制来完成的。
1. 中断和陷入硬件机构
(1) 什么是中断和陷入。
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系统调用与一般过程调用的区别
返回问题
抢占式调度的系统中，被调用过程执行完后， 系统将对所有要求运行的进程进行优先级分 析。如果调用进程仍有最高优先级，则返回 到调用进程执行。否则，引起重新调度，让 优先级最高的进程优先执行。此时，系统把 调用进程放入就绪队列
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练习：
OS向用户提供的接口有多种：通过（），用户可直接 在终端上键入命令；通过（），用户可以双击窗口中的图 标来运行相应的程序；通过（），用户程序可使用open() 来打开一个文件；通过（），用户可将作业说明书和作业 一起提交给系统，从而让系统按作业说明书的要求来运行 作业。
第七章 操作系统接口
联机命令接口 系统调用 图形用户ห้องสมุดไป่ตู้口
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7.3 系统调用
程序接口是OS专门为用户程序设置 的，也是用户程序取得OS服务的唯一途径。 程序接口通常中由各种类型的系统调用所 组成的，系统调用提供了用户程序和操作 系统之间的接口，应用程序通过系统调用 实现其与OS的通信，并取得它的服务。
操作系统在系统态运行，应用程序只能在用 户态运行。
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特权指令与非特权指令
CPU的指令分为特权指令和非特权指令。
特权指令：在系统态时运行的指令，关系到全 局的指令。只允许操作系统使用，不允许应用程 序使用。
非特权指令：在用户态时运行的指令，一般应用 程序所使用的都是非特权指令，它只完成一般性 的操作和任务，不能对系统中的硬件和软件直接 进行访问，对内存的访问也局限于用户空间。
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7.3.1 系统调用的基本概念
在OS的核心中都设置了一组用于实 现各种系统功能的子程序，并将它们提供 给应用程序调用。
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系统态和用户态
为了保证系统程序不被应用程序有意或无意 地破坏，计算机设置了两种状态：系统态 （也称为管态或核心态）和用户态（也称为 目态）。
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系统调用与一般过程调用的区别
通过软中断进入
一般的过程调用不涉及系统状态的转换，可直接 由调用过程转向被调用过程
运行系统调用时，调用和被调用过程在不同系统 状态，不允许由调用过程直接转向被调用过程
通过软中断机制先由用户态转换为核心态
在OS核心分析后，转向相应的系统调用处理子程 序
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系统调用与一般过程调用的区别
由于操作系统过程的特殊性，使应 用程序不能采用一般的过程调用，而是 利用一种系统调用命令来调用所需的系 统过程。可见系统调用在本质上是应用 程序请求OS内核完成某功能时的一种过 程调用，但它是一种特殊的过程调用， 它与一般的过程调用有明显的差别。
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