Каковы отношения между системными вызовами, передачей сообщений и прерываниями?

Все современные операционные системы поддерживают многозадачность. Это означает, что система может выполнить несколько процессов одновременно; любой в псевдопараллели (когда только один ЦП доступен), или в наше время с многоядерными центральными процессорами, являющимися распространенным параллельно (одна задача/ядро).

Давайте возьмем более простой случай только одного ЦП, являющегося доступным. Это означает, что при выполнении одновременно двух различных процессов (скажем, веб-браузер и аудиоплеер) система действительно не может выполнить их одновременно. То, что происходит, - то, что ЦП переключается от одного процесса до другого все время; но это происходит чрезвычайно быстро, таким образом Вы никогда не замечаете его.

Теперь давайте предположим, в то время как те два процесса выполняются, нажатие кнопки сброса (плохой парень). ЦП сразу остановит то, что делает, и перезагрузите систему.Поздравляю: Вы генерировали прерывание.

Случай подобен, когда Вы программируете и хотите попросить сервис от ЦП. Различие - то, что в этом случае Вы выполняете программный код - обычно процедуры библиотеки, которые выполняют системные вызовы (например, fopen для открытия файла).

Таким образом, 1 описывает два различных способа привлечь внимание от ЦП.

Самые современные операционные системы поддерживают два режима выполнения: непривилегированный режим и привилегированный режим. По умолчанию операционная система работает в непривилегированном режиме. Непривилегированный режим очень ограничен. Например, весь ввод-вывод запрещается; таким образом Нельзя открыть файл от Вашего жесткого диска. Конечно, этого никогда не происходит в реальном, потому что при открытии файла переключатели операционной системы от пользователя к привилегированному режиму прозрачно. В привилегированном режиме Вы имеете полный контроль над аппаратными средствами.

Если Вы задаетесь вопросом, почему те два режима существуют, самый простой ответ для защиты. Основанные на микроядре операционные системы (например, MINIX 3) имеют большинство своих сервисов, работающих в непривилегированном режиме, который делает их менее вредными. Монолитные ядра (как Linux) имеют почти все свои сервисы, работающие в привилегированном режиме. Таким образом драйвер, который отказывает в MINIX 3, вряд ли снизит целую систему, в то время как это весьма обычно в Linux.

Системные вызовы являются примитивом, используемым в монолитных ядрах (модель совместно используемых данных) для переключения от пользователя к привилегированному режиму. Передача сообщений является примитивом, используемым в микроядрах (клиент-серверная модель). Чтобы быть более точными, в передаче сообщений, системные программисты также используют системные вызовы для привлечения внимания от ЦП. Передача сообщений видима только разработчикам операционной системы. Монолитные ядра с помощью системных вызовов быстрее, но менее надежны, в то время как микроядра с помощью передачи сообщений медленнее, но имеют лучшую изоляцию отказа.

Таким образом, 2 упоминания два различных способа переключиться от пользователя на привилегированный режим.

Для пересмотра наиболее распространенный способ создания программного прерывания, иначе прерывание, путем выполнения системного вызова. Прерывания, с другой стороны, сгенерированы просто аппаратными средствами.

Когда мы прерываем ЦП (или программным обеспечением, или аппаратными средствами) это должно сохранить где-нибудь свое текущее состояние - процесс, который это выполняет и в которой точке это остановилось - иначе это не сможет возобновить процесс при переключении назад. Это называют контекстным переключением, и оно имеет смысл: Прежде чем Вы выключите свой компьютер, чтобы сделать что-то еще, сначала необходимо удостовериться, что Вы сохранили все свои программы/документы, и т.д. так, чтобы можно было возобновиться от точки, где Вы остановились в следующий раз, когда Вы включите его :)

Таким образом, 3 объясняет, какие потребности быть сделанным после выполнения прерывания или прерывания и насколько подобный эти два случая.