Betriebssysteme (7) - Software Interrupt

In dem letzten Beitrag haben wir die Unterbrechungen kennengelernt die von der Hardware ausgeht.
Aber auch die Software kann Unterbrechungen (traps) auslösen. Der Unterschied zu der Hardware-Unterbrechung ist, dass eine Software-Unterbrechung von dem geraden ausgeführten Programm verursacht wird. So eine Unterbrechung ist reproduzierbar, wenn das Programm noch einmal ausgeführt wird, passiert die Unterbrechung genau an derselben Stelle des Programms.

Bei einer Software-Unterbrechung kann es ganz verschiedene Ursachen geben, zum Beispiel will das Programm eine Division durch null oder einen Zugriff auf nichtexistierende oder geschützte Hauptspeicheradressen ausführen; für solche Unterbrechungen wird auch die Bezeichnung Ausnahme (exception) verwendet.

Systemaufrufe

Eine andere Art von Software-Unterbrechung stellt dagegen keine Ausnahme dar; sie ist vielmehr ein übliches Verfahren zur Kontrollübergabe. Wann immer ein Programm Dienste des Betriebssystems in Anspruch nehmen will, führt es einen Systemaufruf (system call) durch. Die verfügbaren Systemaufrufe bilden zusammen die Programmierschnittstelle zwischen den Anwenderprogrammen und dem Betriebssystem (Die Programmierschnittstelle wird in einem späteren Beitrag seperat behandelt).
Solch ein Systemaufruf hat die Form eines Funktionsaufrufs. Insbesondere können dabei auch Parameter übergeben werden, entweder direkt in einem Register der CPU oder indirekt durch Angabe der Anfangsadresse des zu übergebenden Datenbereichs im Hauptspeicher; dieses Vorgehen empfiehlt sich bei großen Datenmengen wie zum Beispiel Bildschirminhalten. Man kann zur Parameterübergabe auch den Stapel des Systems benutzen.

Wenn der Systemaufruf seine Parameter für die Übergabe vorbereitet hat, führt er eine besondere Instruktion trap aus, die die eigentliche Unterbrechung auslöst. Diese Instruktion ist bei allen Systemaufrufen dieselbe; der gewünschte
Systemdienst wird beim Aufruf durch einen Parameter bezeichnet. Jetzt geschieht in etwa dasselbe wie bei einer Hardware-Unterbrechung: Befehlszähler- und Registerinhalte werden gerettet, und in Abhängigkeit vom übergebenen Parameter für den gewünschten Dienst wird eine entsprechende Routine des Betriebssystems gestartet, die nun die Rolle der Unterbrechungsroutine spielt. Bei Systemaufrufen werden meistens Daten an das aufrufende Programm zurückgegeben. Also ist die Unterbrechung der Mechanismus für die Aktivierung vom Betriebsystem.

Wer in einer Hochsprache programmiert, wird möglicherweise nicht immer bemerken, dass sein Programm Systemaufrufe auslöst: Zum Beispiel gibt es in Java einen Standardbefehl namens read, mit dem ein Datensatz einer Datei gelesen werden kann. Ein solcher Befehl wird vom Compiler automatisch in einen entsprechenden Systemaufruf übersetzt, ohne dass der Programmierer die Details kennen muss.

Quelle
Ayehsa, Saleem et. al. Review: Interrupt. In: I.J. Information Technology and Computer Science. 2018. DOI: 10.5815/ijser.2018.04.01