中斷 異常與併發

title: 中斷、異常與併發

date: 2019-12-29 22:19:12

2. 異常

3. 併發

在學習了組合語言課程後，才總算有所領會，於是打算進行相應的歸納。

何為中斷？書本上的一種解釋如下：

中斷(interrupt)是一種使cpu掛起正在執行的程式而轉去處理特殊事件的操作。

但，中斷比庫函式級別更高，庫函式需要引入庫才能呼叫，而中斷可以不引入任何庫直接呼叫。

而且，當沒有作業系統時，中斷也可以呼叫。

在組合語言中，程式可以通過int n呼叫中斷，n是中斷號。

在實模式下，當程式通過int n呼叫中斷時，系統是如何找到對應的中斷程式並跳轉的呢？

在記憶體最低端的1kb空間中，存放著乙個中斷向量表。其中，每個中斷向量佔4個位元組，順序存放在中斷向量表中，比如，0號中斷向量在位址0*4處，1號中斷向量在位址1*4處。

那什麼是中斷向量呢？

其實，中斷向量就是中斷處理程式的入口位址。4位元組中，高兩位元組是入口位址的段值，低兩位元組是入口位址的偏移。

ia-32系列cpu能支援256種型別的中斷(1kb即有256個中斷向量)，分別編號為 0 ~ 255，即中斷型別號，簡稱中斷號。其中，前32個中斷(0~31)保留給處理使用，剩餘的可由使用者(比如作業系統)自定義。

每個中斷都有各自的作用，並且對應乙個中斷處理程式。比如，屬於內部中斷的0號中斷，是出現除0時，執行相關操作；10號中斷是顯示i/o中斷，提供給使用者呼叫。

以實模式下的ia－32系統cpu為例，中斷響應和返回過程，由硬體完成，步驟如下：

根據int n指令取得中斷號

將標誌暫存器值flags壓棧

關閉外部中斷和單步中斷(if和tf標誌位清0)

中斷返回位址的段值cs和偏移ip壓棧

根據中斷號，從中斷向量表中取得中斷處理程式的入口位址

跳轉至中斷處理程式

執行中斷處理程式…

中斷返回時，從棧中恢復ip,cs,flags

可以看出，中斷響應和函式呼叫過程十分相似。而訪問暫存器(cs,ip,flags)的操作，也就是上下文切換。

在早期的intel 8086/8088微處理器中，並不區分異常和中斷，統稱為中斷。所以，上述中斷內容都是在intel 8086 實模式基礎上的，而下述異常內容將在作業系統保護模式基礎上。

從80286開始，intel統一把內中斷稱為異常/內部異常，而把外中斷稱為中斷/外部中斷。

當異常或中斷發生時，正在執行的邏輯控制流被打斷，cpu轉而執行異常處理程式，從而引起異常控制流。

不同於實模式，ia-32保護模式，借助中斷描述符表來儲存異常處理程式或中斷處理程式的入口位址，並且由idtr暫存器來指定idt表的位置。

中斷描述表與中斷向量表類似，共有256個表項，每個表項是乙個8位元組的中斷門描述符、陷阱門描述符或任務門描述符。

(為什麼總要取一些奇奇怪怪的名字呢？故意讓人看不懂嗎？不懂不懂)

linux核心在系統初始化時，會設定好idt中的每個表項。

中斷與異常有著千絲萬縷的關係，但併發又跟這兩者有何關係呢？

首先，我們必須意識到，平時遇見的併發(多個程序同時執行)，本質上是快速交替執行的程序(不考慮多cpu)。

而在某乙個時刻，只能有乙個程式在cpu執行，但由於各程序快速(毫秒級)交替執行，所以我們看起來像是同時執行的。

究其本質，併發，是由作業系統根據乙個定時器中斷，每過一會兒(xx毫秒)就幫我們切換執行程式，從而營造出來的假象。

在實模式中，硬體定時器每隔55ms會發出一次中斷請求，cpu接收到定時請求後，會轉入8號定時器中斷處理程式。

8號中斷處理程式中，含有一條中斷指令int 1ch，而1ch號中斷處理程式並沒有做任何工作，可以認為它只有一條中斷返回指令。

如果我們將1ch中斷處理程式設定為自定義的程式(將自定義程式的入口位址，填入中斷向量表1ch*4位址處)，那麼每過一段時間自定義程式便會被呼叫。

假如有主程式a和自定義的1ch中斷處理程式b，那麼a、b程式會相互切換執行，每過55ms執行b程式，然後中斷返回執行a程式。

由於55ms肉眼無法察覺，所以我們會看到a、b程式同時執行的假象。

現在，我們將主程式a看作作業系統，程式b看作程序切換程式。

那麼，我們可以很明朗地發現，只要在程式b中，不斷儲存、恢復程序的上下文(程序的暫存器等)，就可以實現程序的切換。

每過55ms(或者更久)執行程式b，切換執行程序，並跳轉到切換後的程序執行。從而實現多程序併發執行。

到這，是不是覺得併發竟然如此簡單呢？

中斷與異常的區別

一 中斷 系統停止當前正在執行的程式而轉向其他服務，可能是因為優先順序高的請求 服務了，或者是因為人為安排中斷。中斷是屬於正常現象。異常 是由於軟體錯誤而引起的 二 中斷是cpu所具備的功能 硬體 異常是軟體執行過程中的一種開發過程中沒有考慮到的程式錯誤 軟體 三 1.中斷的概念 所謂中斷是指cpu...

ZYNQ 異常與中斷原理

異常 cpu停止正常工作，執行專用的特權的一段軟體程式，使系統恢復正常。coretex a9的異常包括 1.中斷 fiq優先於irq irq interrupt request 指中斷模式。fiq fast interrupt request 指快速中斷模式。irq與fiq是arm處理器的兩種不同程...

中斷與異常詳解（五）

隨著看的東西的增多，之前不明白的地方也開始有了眉目，所以更新前幾節的東西，歡迎指正。想想馬上就中斷返回，進入程序描述了，還是挺激動的呢。中斷向量表多達256項 雖然預設使用的只有49條，但很明顯中斷服務程式必須支援smp，這也是在第三節為什麼在handle irq event irq,s,actio...