中断、定时和系统调用

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1、中断、定时和系统调用中断和异常中断是一种触发信号，一个CPU接收到这样一种信号后会改变它 执行代码的流程，一般是从一个固定的地址执行一段预先设定好 的程序。 中断的种类 同步中断：异常，软中断 程序运行过程中产生 页错误，被0除，中断指令(int)，. 异步中断：中断，硬中断 由设备产生 键盘中断，时钟中断，. 中断信号常被用来泛指上述各种中断。中断信号是系统的重要和 稀缺的资源。 每个中断和异常都有一个编号，0-255，称为中断向量。中断信号处理 中断信号可以由进程或外部事件产生 中断信号的处理只能由内核完成 中断当前的程序，切换到中断处理代码 中断处理代码不属于进程 同步中断与当前进程相关

2、 异步中断与当前进程无关 中断的结果与进程相关 中断处理条件： 中断响应时间越快越好 中断处理分成top half和bottom half。 中断嵌套 中断处理过程中对临界区的处理中断 中断 可屏蔽中断 不可屏蔽中断 中断控制器 可编程中断控制器：PIC 单处理器环境，8259A 先进可编程中断控制器：APIC 多处理器环境中断请求和中断控制器响应 中断请求(IRQ) 对中断请求的响应 中断控制器 产生中断的设备8259A8259A80x86015异常 80x86处理器约有20个异常 常见异常 Divide error：被0除异常 Invalid opcode：无效操作码异常 Page fau

3、lt：页失效异常 每个异常都有相应的异常处理函数(handler) divide_error( ), invalid_op( ), page_fault( ), .中断门描述符 内核管理中断使用的数据结构 一个中断门描述符由8个字节组成 描述符中保存有关中断的各种信息 中断向量 中断处理函数地址 各种权限参数 i386共有3种类型的中断门描述符 Task Gate Descriptor：任务门描述符 Interrupt Gate Descriptor：中断门描述符 Trap Gate Descriptor：自陷门描述符不同类型的中断门描述符中断门描述符表 内核维护的一个由256个表项的表，每个

4、 表项为一个中断门描述符。 一个中断门描述符由8个字节组成，整个 表共用内存空间2048字节。 中断门描述符表保存在内存中，其起始 地址保存在一个专用的寄存器中。 操作系统在使能中断之前要初始化中断 门描述附表。中断门描述符表结构0132331282550号异常：Divide error，被0除1号异常：Debug，调试0号中断：IRQ01号中断：IRQ1中断指令：int 80Linux对中断的使用 中断指令int int指令可以产生任意向量的中断 Linux对中断的划分 中断门：interrupt gate，用于硬件中断信号产生的中 断，只能在内核模式下使用。 系统门：system gate

5、，用于实现系统调用，可由用 户模式下的代码产生。 int3, into, bound, int 80. 自陷门：trap gate，用于其他异常的中断，只能在 内核模式下使用。初始化中断门描述符表 初级初始化：setup_idt() 缺省的中断处理函数：ignore_int() 打印“Unknown interrupt“ 用ignore_int()填充中断门描述符表中所有表 项的中断处理函数 ignore_int函数应该永远不会被调用，除非系统硬 件或内核出现问题。/* This is the default interrupt “handler“ :-) */ int_msg: .asciz

6、 “Unknown interruptn“ ALIGN ignore_int: cld pushl%eax pushl %ecx pushl %edx pushl %es pushl %ds movl $(_KERNEL_DS),%eax movl %eax,%ds movl %eax,%es pushl $int_msg call SYMBOL_NAME(printk) popl %eax popl %ds popl %es popl %edx popl %ecx popl %eax iretarch/i386/kernel/head.S: ignore_int/* setup_idt* s

7、ets up a idt with 256 entries pointing to* ignore_int, interrupt gates. It doesnt actually load* idt - that can be done only after paging has been enabled* and the kernel moved to PAGE_OFFSET. Interrupts* are enabled elsewhere, when we can be relatively* sure everything is ok.*/ setup_idt: lea ignor

8、e_int,%edx movl $(_KERNEL_CS int setitimer(int which, const struct itimerval *value, struct itimerval *ovalue);$ man setitimerwhich ITIMER_REAL：以系统实时钟为计时标准，时钟到时后发出SIGALRM信号 ITIMER_VIRTUAL：以进程运行时间为计时标准，时钟到时后发出SIGVTALRM信号 ITIMER_PROF：以进程运行时间和内核以进程身份运行时间之和为计时标准，到时后发出SIGPROF信号struct itimerval struct tim

9、eval it_interval;/* next value */ struct timeval it_value;/* current value */ ;struct timeval long tv_sec;/* seconds */ long tv_usec;/* microseconds */ ;#include #include #include /* A global variable used to control which string is printed */ int flag = 0;/* The signal handler which runs when the s

10、ignal is received */ void sighand(int signum) if(flag) flag = 0; else flag = 1; return; int main(void) struct itimerval itimer;/* Assume the itimer expires every 2.7 sec */ itimer.it_interval.tv_usec = 700000;/* 0.7 sec */ itimer.it_interval.tv_sec = 2;/* 2 sec */mytimer.c/* The itimer starts after

11、2 sec */ itimer.it_value.tv_usec = 0; itimer.it_value.tv_sec = 2;/* Register the signal handler */ signal(SIGALRM, /* Start the itimer */ setitimer(ITIMER_REAL, /* This is the main routine */ while(1) if(flag) printf(“AAAAn“); else printf(“BBBBn“); int i; for(i=100000000; i0; i-) ;/* A busy loop for

12、 delay */ return 0; mytimer.c (续)$ gcc -o mytimer mytimer.c $ ./mytimer BBBB BBBB AAAA AAAA AAAA AAAA BBBB BBBB BBBB AAAA AAAA C编译和运行注意：当setitimer使用ITIMER_REAL模式调用时，它与系统调用alarm()和库 函数sleep()可能使用相同的动态定时器实现机制，并且都会发出SIGALRM信 号。因此不要混合使用上述几种定时函数。系统调用 系统调用是进程向内核请求资源的唯一手段 系统调用的各种过程是内核的一部分 应用程序接口(API)与系统调用

13、系统调用是系统以进程身份执行的内核过程 系统调用的实现基于特定的中断指令。中断指 令将进程从用户模式切换到内核模式。 i386：int 0x80系统调用的调用过程系统调用的实现 sys_call_table 保存系统调用入口地址的数组，共有NR_syscalls(通 常为256)个数组元素。 第n个数组元素对应调用号为n的系统调用。 初始化中断门描述符表，使用0x80号中断 set_system_gate(0x80, 每个系统调用都有2个部分 派遣函数或系统调用句柄 系统调用服务程序系统调用中的参数传递 system_call()是所有系统调用的入口函数，它 根据调用号从sys_call_ta

14、ble中调用相应的系统 调用服务程序。 系统调用使用寄存器进行参数传递 一般C函数使用堆栈进行参数传递 因为寄存器的大小和数目都是有限的，因此系统调 用的参数不能超过寄存器大小并且数目不能超过6 个。但可以使用其它技术传递更多参数。 最终的系统调用服务程序由C函数完成，因此 调用参数仍然会被放到堆栈中。系统调用相关源代码析读.data ENTRY(sys_call_table).long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* 0, old “setup()“ system call*/.long SYMBOL_NAME(sys_exit).long SYMBOL_NAM

15、E(sys_fork).long SYMBOL_NAME(sys_read).long SYMBOL_NAME(sys_write).long SYMBOL_NAME(sys_open)/* 5 */.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* 255 sys_epoll_ctl */.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* sys_epoll_wait */.long SYMBOL_NAME(sys_ni_syscall) /* sys_remap_file_pages */.long SYMBOL_NAME(sys_set_tid

16、_address)arch/i386/kernel/entry.S: sys_call_table/* Return to user mode is not as complex as all this looks,* but we want the default path for a system call return to* go as quickly as possible which is why some of this is* less clear than it otherwise should be.*/ENTRY(system_call)pushl %eax# save orig_