1. 概述
在本篇文章中，我们将深入探讨系统调用（System Call）与系统中断（System Interrupt）的概念与区别。
我们还将总结两者在操作系统中扮演的不同角色，并通过对比帮助你更好理解它们的工作机制。
2. 背景知识
操作系统提供了多种机制供用户和进程与其交互。这些交互方式大致可分为两类：系统调用 和 系统中断。
✅ 系统调用和系统中断都是用户进程与操作系统内核直接通信的方式。
在计算机科学中，调用（Call） 是程序向操作系统请求服务或执行某个操作的方式。
而 中断（Interrupt） 则是由某些事件触发的信号，比如指令执行完成、硬件/软件通知事件、定时器计时结束等。软件也可以主动触发中断，用于实现并发控制机制，或者响应异步事件。
接下来我们分别详细讲解这两个概念。
3. 系统调用（System Call）
系统调用是用户进程与操作系统内核进行交互的主要方式之一。简单来说，它是一种从用户态切换到内核态的机制，使得应用程序可以请求操作系统提供服务。
例如，我们可以通过系统调用：
- 读取文件内容
- 获取系统时间
- 管理内存
- 控制网络数据流
系统调用通常由用户程序通过执行特定指令发起，将控制权从用户程序转移到操作系统内核。
系统调用的本质是：程序向内核请求执行某个操作。
如下图所示，系统调用的流程是从用户空间跳转到内核空间执行，处理完成后再返回用户空间：
根据用途，系统调用大致可以分为以下五类：
- ✅ 进程控制（Process Control）：如创建、终止进程，分配内存等
- ✅ 信息维护（Information Maintenance）：如获取系统时间、用户信息等
- ✅ 设备管理（Device Management）：如控制输入输出设备
- ✅ 通信处理（Communication Handling）：如进程间通信、网络通信
- ✅ 文件管理（File Management）：如创建、打开、关闭、删除文件等
系统调用提供的核心服务包括：网络通信、权限控制、内存管理、进程调度等。
4. 系统中断（System Interrupt）
系统中断是外部设备或软件向CPU发出的信号，表示某个事件已经发生，需要处理。操作系统收到中断后会暂停当前任务，转去处理中断事件，处理完成后继续执行原任务。
✅ 系统中断用于通知CPU暂停当前执行，处理紧急事件。
中断可以由硬件（如键盘、网卡）或软件（如异常、系统调用）触发。例如：
- 硬盘完成数据读取
- 网络数据到达
- 定时器超时
- 程序执行出错（如除以0）
如下图所示，中断发生时CPU会保存当前执行状态，跳转到中断处理程序执行，处理完成后恢复现场继续执行：
当多个设备同时触发中断时，系统需要判断优先级，决定处理顺序。常见的处理机制包括：
| 方法 | 说明 |
|---|---|
| ✅ 向量中断（Vector Interrupt） | 设备发送唯一标识码给CPU以确认身份 |
| ✅ 中断嵌套（Interrupt Nesting） | 使用优先级结构决定执行顺序 |
| ✅ 查询（Pooling） | 依次检查IRQ标志位，确定哪个设备需要处理 |
5. 核心区别对比
下面是系统调用与系统中断的核心区别总结：
| 特性 | 系统调用 | 系统中断 |
|---|---|---|
| ✅ 触发方式 | 程序主动调用（用户态发起） | 硬件或软件被动触发 |
| ✅ 目的 | 请求操作系统服务 | 通知CPU处理事件 |
| ✅ 是否需要内核响应 | 是 | 否（可忽略） |
| ✅ 执行上下文 | 用户态 → 内核态 | 内核态直接处理 |
| ✅ 主动/被动 | 主动请求 | 被动响应 |
| ✅ 常见场景 | 文件操作、进程创建、网络通信 | 硬件响应、异常处理、定时器 |
6. 总结
在本文中，我们详细讲解了系统调用和系统中断的定义、用途及工作原理，并通过对比帮助你理解它们在操作系统中的不同作用。
- ✅ 系统调用 是用户程序向操作系统请求服务的方式
- ✅ 系统中断 是外部事件通知CPU处理的机制
- ⚠️ 两者都涉及用户态与内核态的切换，但出发点和使用场景不同
对于系统编程、性能调优或内核开发来说，理解这两个概念是基础也是关键。希望这篇文章能帮助你理清思路，避免踩坑。