1、启动

  • DISK：存放OS
  • BIOS：基本I/O处理系统（检查外设，然后才可以加载软件开始执行）
  • Bootloader：加载OS(从硬盘加载到内存，让CPU可以执行操作系统）

bios 如何建立中断向量表 bios中断调用大全_bios 如何建立中断向量表

  • POST（加电自检）：寻找显卡和执行BIOS

2、中断、异常和系统调用

2.1 应用程序为什么不能直接访问外设，而是要通过操作系统？

  • 在计算机运行中，应用程序是不可信任的，内核是被信任的第三方
  • 给上层建筑提供更简单统一的接口，屏蔽底层的复杂性和差异性

2.2 定义

  • 系统调用（来源于应用程序）：应用程序主动向操作系统发出服务请求（一条特殊的指令）
  • 异常（来源于不良的应用程序）：非法指令或者其他坏的处理状态（如内存出错）
  • 中断（来源于外设）：来自不同的硬件设备的计时器和网络的中断

2.3 中断、异常和系统调用比较

  • 源头：
  • 中断：外设
  • 异常：应用程序意想不到的行为
  • 系统调用：应用程序请求操作系统提供服务
  • 处理时间：
  • 中断：异步
  • 异常：同步
  • 系统调用：同步或异步
  • 响应：
  • 中断：应用程序持续进行，对用户应用程序是透明的
  • 异常：杀死应用程序或者重新执行意想不到的应用程序指令
  • 系统调用：等待和持续

2.4 中断处理机制

  • 硬件：设置中断标记（CPU初始化）
  • 将内部、外部事件设置中断标记
  • 中断事件的ID
  • 软件（操作系统）
  • 保存当前处理状态（便于后续恢复）
  • 中断服务程序处理
  • 清除中断标记
  • 恢复之前保存的处理状态
    *即之前所说的应用程序是透明的，应用程序感知不到中断程序的产生

2.5 异常处理机制

  • 保存现场
  • 异常处理
  • 杀死产生异常的程序
  • 重新执行异常指令（注意是重新执行修补好的）
  • 恢复现场

2.6 系统调用的原理

  • 应用程序需要操作系统提供服务，操作系统需要提供接口，即系统调用接口
  • 程序访问主要是通过高层次的API接口而不是直接进行系统调用
  • Win32 API 用于Windows
  • POSIX API 用于POSIX-based systems（包括Unix，Linux，Mas OS X 的所有版本）
  • Java API 用于Java虚拟机（JVM）（不属于操作系统的API接口，最终都是使用当前所处的系统的API）
  • 程序调用和系统调用的不同之处
  • 系统调用要完成栈切换，以及状态转变，时间更长；
  • 程序调用在栈内处理并产生结果

2.7 系统调用的实现

  • 需要完成从用户态到内核态的转换

3、跨越操作系统边界的开销

  • 执行时间超过程序调用
  • 开销（值得且必须的，保证操作系统在安全可靠的环境下执行）
  • 建立中断/异常/系统调用号与对应服务例程映射关系的初始化开销
  • 操作系统拥有自己的堆栈，建立内核堆栈（保存和恢复的处理开销）
  • 验证参数（对应用程序不信任而需要进行参数验证）
  • 内核态映射到用户态的地址空间；更新页面映射权限
  • 内核态独立地址空间（TLB）