操作系统真相还原 第七章 中断
第七章 中断
操作系统是中断驱动
操作系统是死循环，操作系统是中断驱动
中断分类
外部中断
来自cpu内部的中断。
外部中断按照是否导致宕机，可以划分为可屏蔽中断，不可屏蔽中断。
INTR收到的中断不影响系统运行，可以稍候处理，甚至可以屏蔽中断，不处理。可通过eflags寄存器中的IF位屏蔽中断。
NMI收到的中断基本上系统无法自行处理，也没有处理的必要。
linux中把可屏蔽分为上下部分，类似同步转异步，上半部分为需及时处理部分，下半部分为可后续处理部分。接收到中断后先关中断（关闭中断时，系统不响应中断），然后处理上半部分，响应中断完成。打开中断，可以接受其他中断，并调度完成剩余的下半部分。
内部中断
来自cpu内部的中断。
内部中断按是否正常，可以划分为软中断，异常。
软中断：
软件发起的中断，是主观的，并不是客观的内部错误。不受eflags的if位影响，即无法屏蔽。
一般使用int指令触发。
异常：
内部中断，指令运行期间cpu内部产生的错误。不受eflags的if位影响，即无法屏蔽。
按严重程度分为三种：故障(fault)，陷阱(trap)，终止(abort)。
故障：
很轻微，甚至是可以利用的，有益的。比如缺页异常page fault。可以修复，发生此异常时，cpu会将状态恢复到异常之前状态，之后调用中断处理程序修复，然后重试。
内中断的处理过程
实模式下中断处理过程概述：
- CPU收到中断类型码N
- 保存标志寄存器
- 将TF和IF设置为0（防止后面单步执行的中断使其陷入死循环）
- 保存CS和IP
- 读取中断向量表，从 0:(N * 4)读出段地址，再从 0:(N * 4 + 2)独处偏移地址，放入cs和ip。（这两个地址是中断处理程序的段地址和偏移地址，在安装中断处理程序时，把中断向量和中断处理程序的地址映射放入中断向量表。）
- 执行中断处理程序。
- 执行完之后，从栈中恢复cs，ip。
int指令
int指令用于触发内中断。
int指令格式：int n，n为中断类型码，它的功能是引发中断过程。CPU执行int n指令，相当于引发一个n号中断的中断过程。
中断描述符表
中断向量：
统一中断信号，每个中断信号分配一个整数id，整数id即中断向量。
中断描述符表：
中断向量作为索引，值为中断处理程序的描述符。保护模式是中断描述符表，实模式是中断向量表，值为中断处理程序的地址。
中断的流程：
产生中断向量，查询中断描述符表，调用中断处理程序。
重要的内中断
int80
Linux中用int80来实现系统调用。
系统调用：system call，指运行在使用者空间的程序向操作系统内核请求需要更高权限运行的服务。 系统调用提供了用户程序与操作系统之间的接口。大多数系统交互式操作需求在内核态执行。如设备IO操作或者进程间通信。
linux中用系统调用号来区分入口函数。 操作系统实现系统调用的基本过程是：
- 应用程序调用库函数（API）
- API将系统调用号存入EAX，如果有参数，寄存器eax存放调用号，剩下的几个寄存器存放参数。参数过多，会使用栈的方式来传递参数。
- int80中断
- 执行对应的中断处理程序，int80的中断处理程序从EAX中取得系统调用号，根据系统调用号，调用对应的内核函数（系统调用）。
- 系统调用完成相应功能，将返回值存入EAX。
- 中断完成
- 库函数从eax中拿到返回结果
系统调用演示
以sys_write为例说明：
函数原型
sys_write(unsigned int fd, const char * buf, size_t count)
下面是对于Linux汇编Helloworld的一些注释，可以对应系统调用表来看
[section .data]
strHello db "Hello, world!",0Ah
STRLEN equ $ - strHello
[section .text]
global _start
_start:
mov edx,STRLEN;对应参数count
mov ecx,strHello;对应参数buf
mov ebx,1;对应参数fd，fd = 1，在linux中对应于stdout，指的是显示屏
mov eax,4;系统调用号为4，sys_write
int 0x80
mov ebx,0;参数为0，exit(0)
mov eax,1;系统调用号为1，sys_exit
int 0x80
linux系统调用表
系统调用号 函数名 入口点 源代码
0 read sys_read fs/read_write.c
1 write sys_write fs/read_write.c
2 open sys_open fs/open.c
3 close sys_close fs/open.c
4 stat sys_newstat fs/stat.c
5 fstat sys_newfstat fs/stat.c
6 lstat sys_newlstat fs/stat.c
7 poll sys_poll fs/select.c
8 lseek sys_lseek fs/read_write.c
9 mmap sys_mmap arch/x86/kernel/sys_x86_64.c
10 mprotect sys_mprotect mm/mprotect.c
11 munmap sys_munmap mm/mmap.c
12 brk sys_brk mm/mmap.c
13 rt_sigaction sys_rt_sigaction kernel/signal.c
14 rt_sigprocmask sys_rt_sigprocmask kernel/signal.c
15 rt_sigreturn stub_rt_sigreturn arch/x86/kernel/signal.c
16 ioctl sys_ioctl fs/ioctl.c
17 pread64 sys_pread64 fs/read_write.c
18 pwrite64 sys_pwrite64 fs/read_write.c
19 readv sys_readv fs/read_write.c
20 writev sys_writev fs/read_write.c
21 access sys_access fs/open.c
22 pipe sys_pipe fs/pipe.c
23 select sys_select fs/select.c
24 sched_yield sys_sched_yield kernel/sched/core.c
25 mremap sys_mremap mm/mmap.c
26 msync sys_msync mm/msync.c
27 mincore sys_mincore mm/mincore.c
28 madvise sys_madvise mm/madvise.c
29 shmget sys_shmget ipc/shm.c
30 shmat sys_shmat ipc/shm.c
31 shmctl sys_shmctl ipc/shm.c
32 dup sys_dup fs/file.c
33 dup2 sys_dup2 fs/file.c
34 pause sys_pause kernel/signal.c
35 nanosleep sys_nanosleep kernel/hrtimer.c
36 getitimer sys_getitimer kernel/itimer.c
37 alarm sys_alarm kernel/timer.c
38 setitimer sys_setitimer kernel/itimer.c
39 getpid sys_getpid kernel/sys.c
40 sendfile sys_sendfile64 fs/read_write.c
41 socket sys_socket net/socket.c
42 connect sys_connect net/socket.c
43 accept sys_accept net/socket.c
44 sendto sys_sendto net/socket.c
45 recvfrom sys_recvfrom net/socket.c
46 sendmsg sys_sendmsg net/socket.c
47 recvmsg sys_recvmsg net/socket.c
48 shutdown sys_shutdown net/socket.c
49 bind sys_bind net/socket.c
50 listen sys_listen net/socket.c
51 getsockname sys_getsockname net/socket.c
52 getpeername sys_getpeername net/socket.c
53 socketpair sys_socketpair net/socket.c
54 setsockopt sys_setsockopt net/socket.c
55 getsockopt sys_getsockopt net/socket.c
56 clone stub_clone kernel/fork.c
57 fork stub_fork kernel/fork.c
58 vfork stub_vfork kernel/fork.c
59 execve stub_execve fs/exec.c
60 exit sys_exit kernel/exit.c
61 wait4 sys_wait4 kernel/exit.c
62 kill sys_kill kernel/signal.c
63 uname sys_newuname kernel/sys.c
64 semget sys_semget ipc/sem.c
65 semop sys_semop ipc/sem.c
66 semctl sys_semctl ipc/sem.c
67 shmdt sys_shmdt ipc/shm.c
68 msgget sys_msgget ipc/msg.c
69 msgsnd sys_msgsnd ipc/msg.c
70 msgrcv sys_msgrcv ipc/msg.c
71 msgctl sys_msgctl ipc/msg.c
72 fcntl sys_fcntl fs/fcntl.c
73 flock sys_flock fs/locks.c
74 fsync sys_fsync fs/sync.c
75 fdatasync sys_fdatasync fs/sync.c
76 truncate sys_truncate fs/open.c
77 ftruncate sys_ftruncate fs/open.c
78 getdents sys_getdents fs/readdir.c
79 getcwd sys_getcwd fs/dcache.c
80 chdir sys_chdir fs/open.c
81 fchdir sys_fchdir fs/open.c
82 rename sys_rename fs/namei.c
83 mkdir sys_mkdir fs/namei.c
84 rmdir sys_rmdir fs/namei.c
85 creat sys_creat fs/open.c
86 link sys_link fs/namei.c
87 unlink sys_unlink fs/namei.c
88 symlink sys_symlink fs/namei.c
89 readlink sys_readlink fs/stat.c
90 chmod sys_chmod fs/open.c
91 fchmod sys_fchmod fs/open.c
92 chown sys_chown fs/open.c
93 fchown sys_fchown fs/open.c
94 lchown sys_lchown fs/open.c
95 umask sys_umask kernel/sys.c
96 gettimeofday sys_gettimeofday kernel/time.c
97 getrlimit sys_getrlimit kernel/sys.c
98 getrusage sys_getrusage kernel/sys.c
99 sysinfo sys_sysinfo kernel/sys.c
100 times sys_times kernel/sys.c
101 ptrace sys_ptrace kernel/ptrace.c
102 getuid sys_getuid kernel/sys.c
103 syslog sys_syslog kernel/printk/printk.c
104 getgid sys_getgid kernel/sys.c
105 setuid sys_setuid kernel/sys.c
106 setgid sys_setgid kernel/sys.c
107 geteuid sys_geteuid kernel/sys.c
108 getegid sys_getegid kernel/sys.c
109 setpgid sys_setpgid kernel/sys.c
110 getppid sys_getppid kernel/sys.c
111 getpgrp sys_getpgrp kernel/sys.c
112 setsid sys_setsid kernel/sys.c
113 setreuid sys_setreuid kernel/sys.c
114 setregid sys_setregid kernel/sys.c
115 getgroups sys_getgroups kernel/groups.c
116 setgroups sys_setgroups kernel/groups.c
117 setresuid sys_setresuid kernel/sys.c
118 getresuid sys_getresuid kernel/sys.c
119 setresgid sys_setresgid kernel/sys.c
120 getresgid sys_getresgid kernel/sys.c
121 getpgid sys_getpgid kernel/sys.c
122 setfsuid sys_setfsuid kernel/sys.c
123 setfsgid sys_setfsgid kernel/sys.c
124 getsid sys_getsid kernel/sys.c
125 capget sys_capget kernel/capability.c
126 capset sys_capset kernel/capability.c
127 rt_sigpending sys_rt_sigpending kernel/signal.c
128 rt_sigtimedwait sys_rt_sigtimedwait kernel/signal.c
129 rt_sigqueueinfo sys_rt_sigqueueinfo kernel/signal.c
130 rt_sigsuspend sys_rt_sigsuspend kernel/signal.c
131 sigaltstack sys_sigaltstack kernel/signal.c
132 utime sys_utime fs/utimes.c
133 mknod sys_mknod fs/namei.c
134 uselib fs/exec.c
135 personality sys_personality kernel/exec_domain.c
136 ustat sys_ustat fs/statfs.c
137 statfs sys_statfs fs/statfs.c
138 fstatfs sys_fstatfs fs/statfs.c
139 sysfs sys_sysfs fs/filesystems.c
140 getpriority sys_getpriority kernel/sys.c
141 setpriority sys_setpriority kernel/sys.c
142 sched_setparam sys_sched_setparam kernel/sched/core.c
143 sched_getparam sys_sched_getparam kernel/sched/core.c
144 sched_setscheduler sys_sched_setscheduler kernel/sched/core.c
145 sched_getscheduler sys_sched_getscheduler kernel/sched/core.c
146 sched_get_priority_max sys_sched_get_priority_max kernel/sched/core.c
147 sched_get_priority_min sys_sched_get_priority_min kernel/sched/core.c
148 sched_rr_get_interval sys_sched_rr_get_interval kernel/sched/core.c
149 mlock sys_mlock mm/mlock.c
150 munlock sys_munlock mm/mlock.c
151 mlockall sys_mlockall mm/mlock.c
152 munlockall sys_munlockall mm/mlock.c
153 vhangup sys_vhangup fs/open.c
154 modify_ldt sys_modify_ldt arch/x86/um/ldt.c
155 pivot_root sys_pivot_root fs/namespace.c
156 _sysctl sys_sysctl kernel/sysctl_binary.c
157 prctl sys_prctl kernel/sys.c
158 arch_prctl sys_arch_prctl arch/x86/um/syscalls_64.c
159 adjtimex sys_adjtimex kernel/time.c
160 setrlimit sys_setrlimit kernel/sys.c
161 chroot sys_chroot fs/open.c
162 sync sys_sync fs/sync.c
163 acct sys_acct kernel/acct.c
164 settimeofday sys_settimeofday kernel/time.c
165 mount sys_mount fs/namespace.c
166 umount2 sys_umount fs/namespace.c
167 swapon sys_swapon mm/swapfile.c
168 swapoff sys_swapoff mm/swapfile.c
169 reboot sys_reboot kernel/reboot.c
170 sethostname sys_sethostname kernel/sys.c
171 setdomainname sys_setdomainname kernel/sys.c
172 iopl stub_iopl arch/x86/kernel/ioport.c
173 ioperm sys_ioperm arch/x86/kernel/ioport.c
174 create_module NOT IMPLEMENTED
175 init_module sys_init_module kernel/module.c
176 delete_module sys_delete_module kernel/module.c
177 get_kernel_syms NOT IMPLEMENTED
178 query_module NOT IMPLEMENTED
179 quotactl sys_quotactl fs/quota/quota.c
180 nfsservctl NOT IMPLEMENTED
181 getpmsg NOT IMPLEMENTED
182 putpmsg NOT IMPLEMENTED
183 afs_syscall NOT IMPLEMENTED
184 tuxcall NOT IMPLEMENTED
185 security NOT IMPLEMENTED
186 gettid sys_gettid kernel/sys.c
187 readahead sys_readahead mm/readahead.c
188 setxattr sys_setxattr fs/xattr.c
189 lsetxattr sys_lsetxattr fs/xattr.c
190 fsetxattr sys_fsetxattr fs/xattr.c
191 getxattr sys_getxattr fs/xattr.c
192 lgetxattr sys_lgetxattr fs/xattr.c
193 fgetxattr sys_fgetxattr fs/xattr.c
194 listxattr sys_listxattr fs/xattr.c
195 llistxattr sys_llistxattr fs/xattr.c
196 flistxattr sys_flistxattr fs/xattr.c
197 removexattr sys_removexattr fs/xattr.c
198 lremovexattr sys_lremovexattr fs/xattr.c
199 fremovexattr sys_fremovexattr fs/xattr.c
200 tkill sys_tkill kernel/signal.c
201 time sys_time kernel/time.c
202 futex sys_futex kernel/futex.c
203 sched_setaffinity sys_sched_setaffinity kernel/sched/core.c
204 sched_getaffinity sys_sched_getaffinity kernel/sched/core.c
205 set_thread_area arch/x86/kernel/tls.c
206 io_setup sys_io_setup fs/aio.c
207 io_destroy sys_io_destroy fs/aio.c
208 io_getevents sys_io_getevents fs/aio.c
209 io_submit sys_io_submit fs/aio.c
210 io_cancel sys_io_cancel fs/aio.c
211 get_thread_area arch/x86/kernel/tls.c
212 lookup_dcookie sys_lookup_dcookie fs/dcookies.c
213 epoll_create sys_epoll_create fs/eventpoll.c
214 epoll_ctl_old NOT IMPLEMENTED
215 epoll_wait_old NOT IMPLEMENTED
216 remap_file_pages sys_remap_file_pages mm/fremap.c
217 getdents64 sys_getdents64 fs/readdir.c
218 set_tid_address sys_set_tid_address kernel/fork.c
219 restart_syscall sys_restart_syscall kernel/signal.c
220 semtimedop sys_semtimedop ipc/sem.c
221 fadvise64 sys_fadvise64 mm/fadvise.c
222 timer_create sys_timer_create kernel/posix-timers.c
223 timer_settime sys_timer_settime kernel/posix-timers.c
224 timer_gettime sys_timer_gettime kernel/posix-timers.c
225 timer_getoverrun sys_timer_getoverrun kernel/posix-timers.c
226 timer_delete sys_timer_delete kernel/posix-timers.c
227 clock_settime sys_clock_settime kernel/posix-timers.c
228 clock_gettime sys_clock_gettime kernel/posix-timers.c
229 clock_getres sys_clock_getres kernel/posix-timers.c
230 clock_nanosleep sys_clock_nanosleep kernel/posix-timers.c
231 exit_group sys_exit_group kernel/exit.c
232 epoll_wait sys_epoll_wait fs/eventpoll.c
233 epoll_ctl sys_epoll_ctl fs/eventpoll.c
234 tgkill sys_tgkill kernel/signal.c
235 utimes sys_utimes fs/utimes.c
236 vserver NOT IMPLEMENTED
237 mbind sys_mbind mm/mempolicy.c
238 set_mempolicy sys_set_mempolicy mm/mempolicy.c
239 get_mempolicy sys_get_mempolicy mm/mempolicy.c
240 mq_open sys_mq_open ipc/mqueue.c
241 mq_unlink sys_mq_unlink ipc/mqueue.c
242 mq_timedsend sys_mq_timedsend ipc/mqueue.c
243 mq_timedreceive sys_mq_timedreceive ipc/mqueue.c
244 mq_notify sys_mq_notify ipc/mqueue.c
245 mq_getsetattr sys_mq_getsetattr ipc/mqueue.c
246 kexec_load sys_kexec_load kernel/kexec.c
247 waitid sys_waitid kernel/exit.c
248 add_key sys_add_key security/keys/keyctl.c
249 request_key sys_request_key security/keys/keyctl.c
250 keyctl sys_keyctl security/keys/keyctl.c
251 ioprio_set sys_ioprio_set fs/ioprio.c
252 ioprio_get sys_ioprio_get fs/ioprio.c
253 inotify_init sys_inotify_init fs/notify/inotify/inotify_user.c
254 inotify_add_watch sys_inotify_add_watch fs/notify/inotify/inotify_user.c
255 inotify_rm_watch sys_inotify_rm_watch fs/notify/inotify/inotify_user.c
256 migrate_pages sys_migrate_pages mm/mempolicy.c
257 openat sys_openat fs/open.c
258 mkdirat sys_mkdirat fs/namei.c
259 mknodat sys_mknodat fs/namei.c
260 fchownat sys_fchownat fs/open.c
261 futimesat sys_futimesat fs/utimes.c
262 newfstatat sys_newfstatat fs/stat.c
263 unlinkat sys_unlinkat fs/namei.c
264 renameat sys_renameat fs/namei.c
265 linkat sys_linkat fs/namei.c
266 symlinkat sys_symlinkat fs/namei.c
267 readlinkat sys_readlinkat fs/stat.c
268 fchmodat sys_fchmodat fs/open.c
269 faccessat sys_faccessat fs/open.c
270 pselect6 sys_pselect6 fs/select.c
271 ppoll sys_ppoll fs/select.c
272 unshare sys_unshare kernel/fork.c
273 set_robust_list sys_set_robust_list kernel/futex.c
274 get_robust_list sys_get_robust_list kernel/futex.c
275 splice sys_splice fs/splice.c
276 tee sys_tee fs/splice.c
277 sync_file_range sys_sync_file_range fs/sync.c
278 vmsplice sys_vmsplice fs/splice.c
279 move_pages sys_move_pages mm/migrate.c
280 utimensat sys_utimensat fs/utimes.c
281 epoll_pwait sys_epoll_pwait fs/eventpoll.c
282 signalfd sys_signalfd fs/signalfd.c
283 timerfd_create sys_timerfd_create fs/timerfd.c
284 eventfd sys_eventfd fs/eventfd.c
285 fallocate sys_fallocate fs/open.c
286 timerfd_settime sys_timerfd_settime fs/timerfd.c
287 timerfd_gettime sys_timerfd_gettime fs/timerfd.c
288 accept4 sys_accept4 net/socket.c
289 signalfd4 sys_signalfd4 fs/signalfd.c
290 eventfd2 sys_eventfd2 fs/eventfd.c
291 epoll_create1 sys_epoll_create1 fs/eventpoll.c
292 dup3 sys_dup3 fs/file.c
293 pipe2 sys_pipe2 fs/pipe.c
294 inotify_init1 sys_inotify_init1 fs/notify/inotify/inotify_user.c
295 preadv sys_preadv fs/read_write.c
296 pwritev sys_pwritev fs/read_write.c
297 rt_tgsigqueueinfo sys_rt_tgsigqueueinfo kernel/signal.c
298 perf_event_open sys_perf_event_open kernel/events/core.c
299 recvmmsg sys_recvmmsg net/socket.c
300 fanotify_init sys_fanotify_init fs/notify/fanotify/fanotify_user.c
301 fanotify_mark sys_fanotify_mark fs/notify/fanotify/fanotify_user.c
302 prlimit64 sys_prlimit64 kernel/sys.c
303 name_to_handle_at sys_name_to_handle_at fs/fhandle.c
304 open_by_handle_at sys_open_by_handle_at fs/fhandle.c
305 clock_adjtime sys_clock_adjtime kernel/posix-timers.c
306 syncfs sys_syncfs fs/sync.c
307 sendmmsg sys_sendmmsg net/socket.c
308 setns sys_setns kernel/nsproxy.c
309 getcpu sys_getcpu kernel/sys.c
310 process_vm_readv sys_process_vm_readv mm/process_vm_access.c
311 process_vm_writev sys_process_vm_writev mm/process_vm_access.c
312 kcmp sys_kcmp kernel/kcmp.c
313 finit_module sys_finit_module kernel/module.c
缺页
pagefault
