文章目錄

• 中斷
• 過程調用
• 系統調用
• 過程調用和系統調用的區別

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中斷

用戶態、內核態之間的切換是怎么實現的?

• 用戶態→內核態 是通過中斷實現的。并且 中斷是唯一途徑 。
• 核心態→用戶態 的切換是通過執行一個特權指令，將程序狀態字 (PSW) 的標志位設置為 用戶態 。

中斷的處理過程：

執行完每個指令之后，CPU都要檢查當前是否有外部中斷信號。

如果檢測到外部中斷信號，則需要保護 被中斷進程的CPU環境（如程序狀態字 PSW、程序計數器PC、各種通用寄存器)。

根據中斷信號類型轉入相應的中斷處理程序(進入內核態)。

恢復原進程的CPU環境并退出中斷，返回原進程繼續往下執行。

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過程調用

過程調用也就是 微機原理里的 CALL 、編程時調用的 庫函數 。由于庫函數調用是基于C庫的，因此也就不可能用于內核空間的驅動程序對設備的操作。

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系統調用

系統調用其實是一個過程調用，但在過程調用內部隱藏著 陷阱（trap）指令 。過程調用中封裝了系統調用是一種高內聚的設計方式，目的是讓系統調用對研發人員透明。

系統調用本質上是 操作系統提供給用戶程序調用的一組“特殊”接口（API） 。用戶程序可以通過這組 API 來獲得操作系統內核提供的服務。

系統調用的過程：

以 open() 函數調用為例，當你調用 open()時，你正在執行對 C庫 的過程調用。其中，無論是對于 open() 還是提供的其他系統調用，庫都使用與內核一致的 調用約定 來將 參數 放在眾所周知的位置（例如，在棧中或特定的寄存器中），將 系統調用號 也放入一個眾所周知的位置（同樣，放在棧或寄存器中），然后執行 陷阱（trap）指令 。庫中陷阱之后的代碼準備好返回值，并將 內核空間控制權 返回給發出系統調用的程序，并將特權級別提升到 內核模式 。完成作業后，操作系統調用一個特殊的從 陷阱返回（return-from-trap）指令，同時將特權級別降低，回到 用戶模式 。因此， C庫 中進行系統調用的部分是用匯編代碼完成的，因為它們需要遵循約定，以便正確處理參數和返回值，以及執行硬件特定的陷阱指令。而之所以我們不必寫匯編代碼來 trap 操作系統，是因為已經有人為我們寫了這些匯編。

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過程調用和系統調用的區別

過程調用系統調用

過程（庫函數）調用通常用于應用程序中對一般文件的訪問。	系統調用通常用于底層文件訪問。
調用函數庫中的一段程序（或函數）。	它調用系統內核的服務。
在用戶空間運行，調用開銷較小。	需要在用戶空間和內核空間來回切換，開銷較大。
庫函數調用是系統無關的，因此可移植性好。	系統調用是操作系統相關的，因此一般沒有跨操作系統的可移植性。
在所有的ANSI C編譯器版本中，C庫函數是相同的。	各個操作系統的系統調用是不同的。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的操作系统 | 用户态和内核态的切换（中断、系统调用与过程（库函数）调用）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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