中断异常和系统调用

Posted 2021-02-21 r1ng0

X86 CPU对中断的硬件支持

中断控制器的功能：把设备的中断信号，转换为CPU能够明白的中断向量。

中断（interrupt）、陷阱（trap）、异常（exception）

中断向量表中的项为门（gate），中断发生时，必须先通过这些门，才能进入相应的服务程序。

通过中断门进入中断服务时，会将CPU中断自动关闭（EFLAGS寄存器的IF标志位清0），以防嵌套中断的发生，而陷阱门不会。

中断中的优先级判断方式：根据中断向量找到对应的门，得到门描述符中的DPL，CPL必须大于等于该门的DPL（优先级必须大于等于门描述符的优先级，外部中断或异常则免去这一层检查），然后根据门描述符得到段描述符，CPL必须小于等于段描述符DPL（也就是说：中断时，只允许保存和提升CPU的运行级别）。

中断向量表由IDTR寄存器指向。

中断向量表IDT的初始化

Linux 内核中的中断机制的初始化函数：trap_init（用于系统保留的中断向量的初始化）、init_IRQ（外设中断的初始化）。

中断请求队列的初始化

中断向量表（IDT）中有两种表项，一种是为保留专用于CPU本身的中断门（缺页、除0、系统调用），另一种是外部中断。

通用中断可以有多个中断源，由中断请求队列描述（struct irq_desc irq_desc[NR_IRQS]描述）

驱动程序调用 request_irq函数，在中断请求队列中注册中断处理函数

中断的响应和服务

中断请求--》 CPU响应 --》 中断服务程序的调用与返回

CPU从中断控制器取得中断向量，然后通过中断向量从中断向量表IDT中找到相应的表项，得到一个中断门，通过中断门到达中断服务处理程序。

同一个中断通道上的中断处理必须串行化，也就是说：对于同一个CPU而言不允许同一个中断服务嵌套，而对于不同的CPU则不允许并发地进入同一个中断服务程序。

首先外设产生中断信号给中断控制器，中断控制器将其转换为中断向量发送给CPU，CPU通过查表（IDT）到达do_IRQ，然后将其转换为irq号，再从中断请求队列中（irq_desc）得到中断请求队列头，然后调用注册的中断处理程序（IRQ_PENDING用来串行化中断处理程序）

软中断

硬中断通常是外设对CPU的中断，软中断是硬件中断服务程序对内核的中断，而信号则是由内核对某个进程的中断。

软中断是一种机制，也是一种框架。在软中断的基础上又实现了tasklet，软中断允许不同CPU同时执行一个软中断处理函数（但是不允许在一个CPU上嵌套），而tasklet不允许。

时钟中断

内核在每次中断服务（以及系统调用和异常）完毕返回用户空间之前都要检查是否需要调度。

全局变量无符号整数jiffies记录着从开机以来时钟中断的次数。时钟中断的间隔与HZ有关。

tsc：时间戳计数器，用来提高时间上的精确度。

在时间中断处理函数中：会调用update_process_times，更新进程使用的时间。

Tips

当在系统调用中，执行copy_from_user函数时，用户填入一个不存在的地址时，处理过程如下：首先调用do_page_fault,然后调用find_vma，没有找到，然后才是异常表中找。而如果任其自然的话，则从异常返回以后，当前进程必然会接连不断的因执行同一条指令而产生新的异常，落入万劫不复的地步。

资料

Linux中断机制：硬件处理，初始化和中断处理

https://blog.csdn.net/jus3ve/article/details/81517907