• Linux0.11-内核中断体系

    在哪里用到中断？

    1.硬件的中断响应 ---> 内核驱动中的中断
    2.系统调用的函数响应（sys call） --->系统调用
    3.自定义中断 --->软件的软中断模式
    4.信号中断 (kill -signalnum）
    5.系统的异常和错误 ---> 系统异常处理获取 了解系统异常的作用

    1. Linux的中断机制

    1.1 分类:

    硬件中断和软件中断
    硬中断:由电脑主机的8259A类似的硬件中断控制芯片发出的中断
    AR中断控制器发出的中断
    软中断:异常第一类:CPU自行保留的中断
    系统调用异常

    1.2 代码结构:

    asm.s -> trap.c
    system_call.s -> fork.c signal.c exit.c sys.c

    2. 中断的工作流程:

    2.1 Linux 中中断的工作流程

    1 将所有寄存器的值入栈(切换CPU模式)
    SS EFLAGS（标志位寄存器） ESP CS EIP

    2 将异常码入栈(中断号：哪个设备产生的中断，如果发生错误能找到谁发出的中断处理)
    他这里异常码是中断号，中断处理过程中的c代码要靠这个号找到中断处理函数

    3 将当前的函数返回值进行入栈(为了在中断执行后能够找到在哪里中断，能够复原)

    4 调出 对应的中断服务函数

    5 寄存器复原

    在这里插入图片描述

     

                                        中断前的处理过程,中断的回复过程     中断服务程序的实现

    硬件中断的处理过程                   asm.s                                    trap.c
    软件及系统调用的处理过程 system call.s                             fork.c signal .c exit.c sys.c

    3. 中断的代码实现过程

    类似于函数调用过程 ：从指令角度掌握函数调用堆栈详细过程_~怎么回事啊~的博客-CSDN博客_堆栈的操作过程

            EIP寄存器，用来存储CPU要读取指令的地址，CPU通过EIP寄存器读取即将要执行的指令。每次CPU执行完相应的汇编指令之后，EIP寄存器的值就会增加。

            CS(code segment)代码段地址寄存器，存放代码段的起始地址

            DS(data segment)数据段地址寄存器，存放数据段的起始地址

            SS(stack segment)堆栈段地址寄存器，存放堆栈段的起始地址(每个进程都有自己的栈空间)

            ES(extra segment)附加段地址寄存器，存放附加段的起始地址

       asm.s     

    1. _divide_error:
    2. 	push dword ptr _do_divide_error ;// 首先把将要调用的函数地址入栈。这段程序的出错号为0。
    3. no_error_code: ;// 这里是无出错号处理的入口处，见下面push 0 ;// "error code" ;// 将出错码入栈。
    4. 	xchg [esp],eax ;// _do_divide_error 的地址 -> eax中的值和esp中的值交换（esp现在是_do_divide_error 的地址），eax 被交换入栈。
    5.  
    6.      // 1 入栈寄存器
    7. 	push ebx  
    8. 	push ecx
    9. 	push edx
    10. 	push edi
    11. 	push esi
    12. 	push ebp
    13. 	push ds ;// ！！16 位的段寄存器入栈后也要占用4 个字节。
    14. 	push es
    15. 	push fs
    16.  
    17.     // 2 入栈错误码
    18. 	push 0 ;// "error code" ;// 将出错码入栈。
    19.  
    20.     // 3 入栈原调用返回地址处堆栈指针位置
    21. 	lea edx,[esp+44] ;// 取原调用返回地址处堆栈指针位置，并压入堆栈。
    22. 	push edx
    23. 	mov edx,10h ;// 内核代码数据段选择符。
    24. 	mov ds,dx
    25. 	mov es,dx
    26. 	mov fs,dx
    27.  
    28.     //4 调用中断服务函数
    29. 	call eax ;// 调用C 函数do_divide_error()。
    30. 	add esp,8 ;// 让堆栈指针重新指向寄存器fs 入栈处。
    31.  
    32.  
    33.  
    34.     //5 出栈
    35. 	pop fs
    36. 	pop es
    37. 	pop ds
    38. 	pop ebp
    39. 	pop esi
    40. 	pop edi
    41. 	pop edx
    42. 	pop ecx
    43. 	pop ebx
    44. 	pop eax ;// 弹出原来eax 中的内容。
    45. 	iretd

            这就是asm.s里面的一串代码，也就是中断的处理过程，可以看到第三行是no_error_code，是无错误码的，在asm.s下面的代码还有一串error_code是有错误码的，而代码也正如上面说的，而这里因为没有错误码，压入的错误码是0，然后会调用中断服务函数，也就是它call eax;而在第四行代码可以看到，它其实是将eax和esp里的内容做了一个交换，所以它其实是调用了最开始压入的函数地址，也就是_do_divide_error函数。

    no_error_code 代码在trap.c中：

    1. //asm.s调用的第一个函数在这里
    2. void do_divide_error(long esp, long error_code)
    3. {
    4. 	die("divide error",esp,error_code);
    5. }
    1. //esp_ptr 段指针
    2. //nr 出错的段号
    3. //总的来说die函数就是用来打印错误信息
    4. static void die(char * str,long esp_ptr,long nr)
    5. {
    6. 	long * esp = (long *) esp_ptr;
    7. 	int i;
    8. 	//以下基本在打印栈信息
    9. 	printk("%s: %04x\n\r",str,nr&0xffff);
    10. 	printk("EIP:\t%04x:%p\nEFLAGS:\t%p\nESP:\t%04x:%p\n",
    11. 		esp[1],esp[0],esp[2],esp[4],esp[3]);
    12. 	printk("fs: %04x\n",_fs());
    13. 	printk("base: %p, limit: %p\n",get_base(current->ldt[1]),get_limit(0x17));
    14. 	if (esp[4] == 0x17) {
    15. 		printk("Stack: ");
    16. 		for (i=0;i<4;i++)
    17. 			printk("%p ",get_seg_long(0x17,i+(long *)esp[3]));
    18. 		printk("\n");
    19. 	}
    20. 	str(i);
    21. 	printk("Pid: %d, process nr: %d\n\r",current->pid,0xffff & i);
    22. 	for(i=0;i<10;i++)
    23. 		printk("%02x ",0xff & get_seg_byte(esp[1],(i+(char *)esp[0])));
    24. 	printk("\n\r");
    25. 	do_exit(11);//退出中断		/* play segment exception */
    26. }

     

    asm.s中下面还有其他的的异常处理：

    1. // 都是先将异常处理函数  do_xxx 入栈，然后调用no_error_code 和上面的过程一致
    2. _debug://这是一个中断
    3. 	pushl $_do_int3		# _do_debug
    4. 	jmp no_error_code//跳转
    5.  
    6. _nmi:
    7. 	pushl $_do_nmi
    8. 	jmp no_error_code
    9.  
    10. _int3:
    11. 	pushl $_do_int3
    12. 	jmp no_error_code
    13.  
    14. _overflow:
    15. 	pushl $_do_overflow
    16. 	jmp no_error_code
    17.  
    18. _bounds:
    19. 	pushl $_do_bounds
    20. 	jmp no_error_code
    21.  
    22. _invalid_op:
    23. 	pushl $_do_invalid_op
    24. 	jmp no_error_code

    trap_init

    1. //中断的初始化函数
    2. //set_trap_gate 优先级较低 只能由用户程序来调用
    3. //set_system_gate 优先级很高 能由系统和用户所有的程序调用
    4. void trap_init(void)
    5. {
    6. 	int i;
    7.  
    8. 	set_trap_gate(0,÷_error);//如果被除数是0就会产生这个中断
    9. 	set_trap_gate(1,&debug);//单步调试的时候调用这个中断
    10. 	set_trap_gate(2,&nmi);
    11. 	set_system_gate(3,&int3);	/* int3-5 can be called from all */
    12. 	set_system_gate(4,&overflow);
    13. 	set_system_gate(5,&bounds);
    14. 	set_trap_gate(6,&invalid_op);
    15. 	set_trap_gate(7,&device_not_available);
    16. 	set_trap_gate(8,&double_fault);
    17. 	set_trap_gate(9,&coprocessor_segment_overrun);
    18. 	set_trap_gate(10,&invalid_TSS);
    19. 	set_trap_gate(11,&segment_not_present);
    20. 	set_trap_gate(12,&stack_segment);
    21. 	set_trap_gate(13,&general_protection);
    22. 	set_trap_gate(14,&page_fault);
    23. 	set_trap_gate(15,&reserved);
    24. 	set_trap_gate(16,&coprocessor_error);
    25. 	for (i=17;i<48;i++)
    26. 		set_trap_gate(i,&reserved);
    27. 	set_trap_gate(45,&irq13);
    28. 	outb_p(inb_p(0x21)&0xfb,0x21);
    29. 	outb(inb_p(0xA1)&0xdf,0xA1);
    30. 	set_trap_gate(39,¶llel_interrupt);
    31. }
    32.  
    33.  
    34. //idt就是 Interrupt Descriptor Table 中断描述表，这里就是往表里填中断号和中断程序的地址
    35. #define set_trap_gate(n,addr) \
    36. 	_set_gate(&idt[n],15,0,addr)
    37.  
    38.  
    39. #define _set_gate(gate_addr,type,dpl,addr) \
    40. __asm__ ("movw %%dx,%%ax\n\t" \
    41. 	"movw %0,%%dx\n\t" \
    42. 	"movl %%eax,%1\n\t" \
    43. 	"movl %%edx,%2" \
    44. 	: \
    45. 	: "i" ((short) (0x8000+(dpl<<13)+(type<<8))), \
    46. 	"o" (*((char *) (gate_addr))), \
    47. 	"o" (*(4+(char *) (gate_addr))), \
    48. 	"d" ((char *) (addr)),"a" (0x00080000))

    4. 系统调用system_call

            系统调用表在sys_call_table中，所有的系统调用C函数放到了一个统一的sys_call_table
    中，比如open、write等等

    include\linux\sys.h

    1. //定义系统调用的sys_call_table
    2. fn_ptr sys_call_table[] = { sys_setup, sys_exit, sys_fork, sys_read,
    3. sys_write, sys_open, sys_close, sys_waitpid, sys_creat, sys_link,
    4. sys_unlink, sys_execve, sys_chdir, sys_time, sys_mknod, sys_chmod,
    5. sys_chown, sys_break, sys_stat, sys_lseek, sys_getpid, sys_mount,
    6. sys_umount, sys_setuid, sys_getuid, sys_stime, sys_ptrace, sys_alarm,
    7. sys_fstat, sys_pause, sys_utime, sys_stty, sys_gtty, sys_access,
    8. sys_nice, sys_ftime, sys_sync, sys_kill, sys_rename, sys_mkdir,
    9. sys_rmdir, sys_dup, sys_pipe, sys_times, sys_prof, sys_brk, sys_setgid,
    10. sys_getgid, sys_signal, sys_geteuid, sys_getegid, sys_acct, sys_phys,
    11. sys_lock, sys_ioctl, sys_fcntl, sys_mpx, sys_setpgid, sys_ulimit,
    12. sys_uname, sys_umask, sys_chroot, sys_ustat, sys_dup2, sys_getppid,
    13. sys_getpgrp, sys_setsid, sys_sigaction, sys_sgetmask, sys_ssetmask,
    14. sys_setreuid,sys_setregid };

    在linux-自定义进程通信方式_~怎么回事啊~的博客-CSDN博客

    有关于0.11 system_call的调用过程 

    在kernel\system_call.s中

    1. _system_call:
    2. 	cmpl $nr_system_calls-1,%eax
    3. 	ja bad_sys_call
    4.  
    5.     // 1 压栈相关寄存器
    6. 	push %ds
    7. 	push %es
    8. 	push %fs
    9. 	pushl %edx
    10. 	pushl %ecx		# push %ebx,%ecx,%edx as parameters
    11. 	pushl %ebx		# to the system call
    12. 	movl $0x10,%edx		# set up ds,es to kernel space
    13. 	mov %dx,%ds
    14. 	mov %dx,%es
    15. 	movl $0x17,%edx		# fs points to local data space
    16. 	mov %dx,%fs
    17.     
    18.     //调用 系统调用表 eax中存放系统调用号
    19. 	call _sys_call_table(,%eax,4)
    20. 	pushl %eax
    21. 	movl _current,%eax
    22. 	cmpl $0,state(%eax)		# state
    23. 	jne reschedule
    24. 	cmpl $0,counter(%eax)		# counter
    25. 	je reschedule

     

  • 相关阅读:
    爱上开源之golang入门至实战第三章-性能分析-Heap
    硬盘io性能分析
    【Rust 入门学习】1.1 Rust 的安装、升级、卸载
    Day10_Git版本控制、项目总结，preview_220627,
    springCloud在pom中快速修改运行环境,让配置不再繁琐
    青少年护眼灯多大功率最合适？分享几款适合青少年的护眼台灯
    Oracle导出clob字段到csv
    小程序实现下拉刷新
    参数估计和假设检验的区别与联系
    HarmonyOS har制作与引用
  • 原文地址：https://blog.csdn.net/LIJIWEI0611/article/details/126321731