软件中断与系统调用

Question

软件中断与系统调用

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我有一个问题，不知道是否完全合理：如果在中断向量中有一个中断函数，其中每个地址槽都是指向处理中断的某些函数的指针（类似于服务，并在内核模式下运行），那么我的问题是：使用软件中断而不是使用系统调用（也称为函数）是否有所不同？让我们举个例子：我可以用两种方式在Windows中销毁进程：

1. 我只需要调用“ExitProcess” 2. 我只需在汇编中使用“int80h”中断（好吧，至少在Linux中是这样。在Windows中可能吗？）

两者都能起作用并产生相同的结果。我认为唯一的区别是中断会停止CPU，而因为系统调用不是中断，所以它不会阻止CPU执行其他操作（这允许多线程并且不需要停止整个CPU做一些不需要停机的事情）。

我的真正意思是WIN32API（或任何其他OS中的所有函数）都可以改为实现为中断，而不会有任何区别。然后，这将使WIN32API变成一个不必要的层。你不这么认为吗？那么，软中断和系统调用之间有什么区别？您只需要在WIN32API中调用函数来请求服务，而对于中断，您只需要通过堆栈或寄存器传递参数并调用由编号标识的指定中断。我想到的唯一原因是DLL（这些的实例）是每个进程创建的，而您只使用所需的功能。

这在中断中是不可能的，并且所有进程都将共享相同的数据，这并不总是人们所希望的。

附：这是一个额外的问题，超出了主题范围，但是这是一个小问题：我在哪里可以查看可以在操作系统中调用的所有中断的参考/列表？我无法在任何地方找到文档。

- Hashirama Senju

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请注意，除非您执行诸如“HLT”或“PAUSE”之类的命令，否则CPU不会停止。但是，它将执行许多“内部”工作，例如在堆栈上保存所有寄存器并更改位并切换到新的内存模型...正如Jester所指出的那样，所有这些都是昂贵的，但CPU会执行所有这些操作，尽管看起来它们已经停止了，实际上并没有！ - Alexis Wilke

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在Windows上，除了通过公共API进行系统调用外，其他方式都不太实际。每次Microsoft发布新版本的Windows时，系统调用号码都会发生变化。此外，公共API通常与用于实现它们的较低级别系统调用有很大不同。即使在Linux上，使用库接口也比较好，因为它更好地记录并且功能更强大。甚至可能比使用旧的和缓慢的软件中断接口更快。 - Ross Ridge

我很好奇优先使用调用是否有性能上的好处。许多内核查询可以通过缓存内核数据在用户模式下解决。例如，我们可以将内核视为服务器，将中断视为同步ajax调用；询问服务器您登录的身份可能很昂贵，但是如果您已经在客户端（用户模式）缓存了登录身份，则无需发出中断（ajax请求）。在用户模式和内核模式使用相同机器的情况下，调用比中断更便宜吗？ - Dmytro

如果是这样的话，这可能解释了为什么微软更喜欢将其API作为函数（可在用户模式下调用而无需切换模式），而不是每次都发出调用。例如，在用户模式下执行printf可能比每个printf都发出系统调用更便宜。 - Dmytro

1个回答

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- Jester · Accepted Answer

系统调用指的是操作系统提供的服务被调用。具体机制可能涉及中断、调用门或其他专用指令（syscall、sysenter、swi、trap），这取决于架构和操作系统。

Winapi 隐藏了这个机制，它是一个你不必担心的实现细节。它也可能没有记录并且会发生变化，而公共 API 应该是稳定的。

在 32 位 x86 Linux 系统中，出于性能考虑，使用中断 0x80 执行系统调用已经过时超过十年。在 32 位模式下，内核本身提供了执行系统调用所需的代码，使用内核认为最佳的机制。此代码映射到每个进程中（请在此处阅读有关 vdso 的信息）。在 x86-64 Linux 中，则使用专门的syscall指令。

此外，有些操作系统函数不需要切换到内核模式（这是一个代价高昂的操作）。API 层也可以隐藏这种差异，并自动提供最有效的方式。