中断和例外.pptVIP

第三讲 中断与例外处理 内核同步与互斥 * * 第四章 中断和例外(重点中断异步处理方法） 4.1中断和例外的作用 中断正常流程，进入核心程序运行。 4.2中断和例外（以x86为例） ? 中断： 可全屏蔽中断:eflage寄存器（相当于PSW）的IF标志清0则将这些中断 (所有I／O设备中断)屏蔽。 不可屏蔽中断:不能由IF标志屏蔽，如电源故障 ? 例外： 处理机检测出的例外 访存错，需重执行出错指令 无需重执行的指令执行出错 eip （PC寄存器）值无意义，马上结束进程 编程例外（如自陷指令int／int3指令） 4．2．1中断和例外向量 X86将每种中断和例外编号从0~255 0~31代表各例外和不可屏蔽中断,下表说明了每种例外及其处理程序，处理程序向例外进程发送一相应的signal。signal在例外处理结束后，例外进程被调度运行时处理。 32－47号对应到IRQ0~IRQ15，表示可屏蔽中断，由2个8259A PIC串成的中断控制器见图。SMP结构中，根据平台设计不同，中断可以静态或动态决定发给哪个处理机 128号用于自陷，用Int指令产生,Int 0x80（128）表示发一个系统调用。 251-255号用于SMP结构的机间中断。 4.2.2中断描述符表及中断／例外处理 IDT表共256个entry，存放对应中断／例外处理程序地址相关信息（描述中断/例外处理程序段的GDT项的索引）。IDT表的的物理地址和长度存于idtr寄存器中。 IDT表必须在系统初始化阶段在开放中断前填好。 中断／例外处理程序入口是由硬件在执行指令的最后一拍根据中断/例外号通过IDT转入的。iret指令是对应于中断/例外进入、处理完成后控制返回指令。 在中断／例外进入或返回时会修改eip（pc）, eflags(psw), esp （栈寄存器），cs(程序段描述符索引寄存器), ss（栈段描述符索引寄存器）等。 4．3嵌套执行 系统调用只有一级。 除缺页外的例外只有一级，一般处理流程：填例外码，发信号给进程。 内核页访问最多只允许缺页一次（如内核模块已分配内存但未paging in）。 中断处理可多重嵌套（但不会相同中断处理嵌套）。 4．6中断处理 指I/O中断、时间中断、机间中断。2.6中断处理使用独立于进程核心栈的中断栈（per CPU）。 中断处理过程一般分三部分 Critical：如回应PIC，重置PIC屏蔽，在不可中断方式下运行 Noncritical：在可中断方式下运行（只可能发生高级中断），如修改与中断相关的数据结构 可滞后的：如就绪相应进程，将buffer内容拷入用户进程空间，利用bottom-half机制。 IRQ线（号）可以被几个设备共享或被动态申请。如软盘设备在open时（floppy_open)调用request_irq()申请IRQ6，登记ISR。 中断处理数据结构（IDT表是硬件与中断处理程序IRQn_interrupt()的接口，下表是IRQn_interrupt()与驱动程序中断服务ISR的接口，由init_IRQ（）初始化） irq _desc_t表项包含： status IRQ_INPROGRESS：正在运行ISR； IRQ_DISABLED ：IRQ 线被驱动程序关闭； IRQ_PENDING：IRQ 发生且已清控制器中断位但还没有处理； action 指向irqaction队列。irqaction中包含ISR。 lock 对该irq _desc_t表项进行访问时的锁。 handler 指向与中断控制器相关的函数表。 8259A中断控制器的相应函数表数据结构如下： struct hw_interrupt_type i8259A_irq_type = { XT-PIC, startup_8259A_irq, ＃启动控制器 shutdown_8259A_irq, ＃关闭控制器 enable_8259A_irq, ＃使能某IRQ disable_8259A_irq, ＃关闭某IRQ mask_and_ack_8259A, ＃清某IRQ并置屏蔽 end_8259A_irq, ＃开某IRQ屏蔽 NULL }; 中断控制器不同，这组函数就不同。中断处理框架函数do_irq()无需修改。 多处理机的考虑： 硬件设计可以将中断发送到所有CPU，由OS决定哪个CPU响应，或硬件按某种原则（如随机）选一个CPU。 几个主要机间中断：RESCHEDULE_VECTOR；INVALIDATE_TLB_VECTOR；CALL_FUNCTION_VECTOR（让其他CPUs执行某函数） 中断处理大致流程 IRQn-interrupt()： 将IRQ值和寄存器保存到核心栈; (do_IRQ(