外部中斷
外部硬件的中斷是通過(guò)兩根信號(hào)線通知CPU的比被，這兩根信號(hào)線就是INTR(INTeRrupt)和NMI(Non Maskable Interrupt)
- NMI中斷，不可屏蔽中斷，產(chǎn)生這個(gè)中斷的時(shí)候，表示系統(tǒng)發(fā)生了致命的錯(cuò)誤。
- INTR可屏蔽中斷毫深。
中斷程序會(huì)分為上半部和下半部嵌纲，把中斷程序需要立即執(zhí)行的部分劃分到上半部分师溅，這部分是要限時(shí)執(zhí)行的棚贾。上半部實(shí)在關(guān)中斷不被打擾的情況下執(zhí)行的。當(dāng)上半部執(zhí)行完成后就把中斷打開(kāi)了崭篡；下半部也屬于中斷程序，其在開(kāi)中斷的情況下執(zhí)行，如果有新的中斷發(fā)生壮池，原來(lái)這個(gè)舊中斷的下半部就會(huì)被換下CPU，先執(zhí)行新的中斷程序的上半部创译，等待線程調(diào)度機(jī)制為舊中斷處理程序選擇一個(gè)日期（依靠調(diào)度算法）初茶，再調(diào)度CPU完成下半部的執(zhí)行猛铅。
內(nèi)部中斷
內(nèi)部中斷可以分為軟中斷和異常
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int 8位立即數(shù)可以通過(guò)它進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用富俄，可以表示256種中斷，這與處理器所支持的中斷數(shù)是相吻合的康辑。 -
int3注意胖齐，int和3之間沒(méi)有空格，int3是調(diào)試斷點(diǎn)命令讼稚，其所出發(fā)的中斷向量號(hào)為3 -
into這是中斷溢出指令，他所出發(fā)的中斷向量號(hào)為4收津，但是肌割，能否引發(fā)4號(hào)中斷是要看eflags標(biāo)志寄存器的OF位是否為1，如果是1才會(huì)引發(fā)中斷挥萌，否則這個(gè)指令什么都不做。 -
bound這是檢查數(shù)組索引越界指令措译，它可以觸發(fā)5號(hào)中斷是晨，用于檢查數(shù)組的索引下標(biāo)是否在上下邊界之內(nèi)桶至，該指令的格式是bound 16/32位寄存器 16/32位內(nèi)存,目的操作數(shù)使用寄存器來(lái)存儲(chǔ)的，其內(nèi)容是待檢測(cè)的數(shù)組的下標(biāo)值佩伤。源操作數(shù)是內(nèi)存疯汁，其內(nèi)容是數(shù)組下標(biāo)的下邊界和上邊界犹赖。當(dāng)執(zhí)行bound指令時(shí)，如果下標(biāo)處于數(shù)組索引的范圍之外，則會(huì)觸發(fā)5號(hào)中斷俭缓。 -
ud2未定義指令不从，這會(huì)觸發(fā)第6號(hào)中斷。表示指令無(wú)效，CPU無(wú)法識(shí)別扔役。常用于軟件測(cè)試中吟温，沒(méi)有實(shí)際用途榄檬。
中斷處理過(guò)程及保護(hù)
完整的中斷過(guò)程分為 CPU 外和 CPU 內(nèi)兩部分。
- CPU 外：外部設(shè)備的中斷由中斷代理芯片接收鹿榜，處理后將該中斷的中斷向量號(hào)發(fā)送到 CPU海雪。
- CPU 內(nèi)： CPU 執(zhí)行該中斷向量號(hào)對(duì)應(yīng)的中斷處理程序。 CPU 外這部分的處理過(guò)程舱殿，在后面中斷代理芯片 Intel 8259A 時(shí)大家就會(huì)了解奥裸，這部分內(nèi)容 屬于硬件范疇，我們這里只討論處理器內(nèi)的過(guò)程沪袭，這是軟件能控制的部分湾宙。
- 處理器根據(jù)中斷向量號(hào)定位中斷門(mén)描述符。
中斷向量號(hào)是中斷描述符的索引冈绊，當(dāng)處理器收到一個(gè)外部中斷向量號(hào)后侠鳄，它用此向量號(hào)在中斷描述符 表中查詢對(duì)應(yīng)的中斷描述符，然后再去執(zhí)行該中斷描述符中的中斷處理程序死宣。由于中斷描述符是 8 個(gè)字節(jié)伟恶， 所以處理器用中斷向量號(hào)乘以 8 后，再與 IDTR 中的中斷描述符表地址相加毅该，所求的地址之和便是該中斷 向量號(hào)對(duì)應(yīng)的中斷描述符博秫。 - 處理器進(jìn)行特權(quán)級(jí)檢查。
由于中斷是通過(guò)中斷向量號(hào)通知到處理器的眶掌，中斷向量號(hào)只是個(gè)整數(shù)台盯，其中并沒(méi)有 RPL，所以在對(duì)由中斷引起的特權(quán)級(jí)轉(zhuǎn)移做特權(quán)級(jí)檢查中畏线，并不涉及到 RPL静盅。中斷門(mén)的特權(quán)檢查同調(diào)用門(mén)類似，對(duì)于軟件主動(dòng)發(fā)起的軟中斷，當(dāng)前特權(quán)級(jí) CPL 必須在門(mén)描述符 DPL 和門(mén)中目標(biāo)代碼段 DPL 之間蒿叠。這是為了防止位于 3 特權(quán)級(jí)下的用戶程序主動(dòng)調(diào)用某些只為內(nèi)核服務(wù)的例程东亦。
(a）如果是由軟中斷 int n, int3 和 into 引發(fā)的中斷滋捶，這些是用戶進(jìn)程中主動(dòng)發(fā)起的中斷饥侵，由用戶代碼 控制烁焙，處理器要檢查當(dāng)前特權(quán)級(jí) CPL 和門(mén)描述符 DPL，這是檢查進(jìn)門(mén)的特權(quán)下限施绎，如果 CPL 權(quán)限大于等 于 DPL溯革，即數(shù)值上 CPL~三門(mén)描述符 DPL，特權(quán)級(jí)“門(mén)檻”檢查通過(guò)谷醉，進(jìn)入下一步的“門(mén)框”檢查致稀。否則， 處理器拋出異常俱尼。
(b）這一步檢查特權(quán)級(jí)的上限（門(mén)框〉：處理器要檢查當(dāng)前特權(quán)級(jí) CPL 和門(mén)描述符中所記錄的選擇子 對(duì)應(yīng)的目標(biāo)代碼段 DPL抖单，如果 CPL 權(quán)限小于目標(biāo)代碼段 DPL，即數(shù)值上 CPL＞目標(biāo)代碼段 DPL遇八，檢查通 過(guò)矛绘。 否則 CPL 若大于等于目標(biāo)代碼段 DPL，處理器將引發(fā)異常刃永，也就是說(shuō)货矮，除了用返回指令從高特權(quán)級(jí) 返回，特權(quán)轉(zhuǎn)移只能發(fā)生在由低向高斯够。 若中斷是由外部設(shè)備和異常引起的囚玫，只直接檢查 CPL 和目標(biāo)代碼段的 DPL，和上面的步驟 b）是一樣的雳刺，要求 CPL 權(quán)限小于目標(biāo)代碼段 DPL，即數(shù)值上 CPL ＞目標(biāo)代碼段 DPL裸违，否則處理器引發(fā)異常掖桦。 -
執(zhí)行中斷處理程序。 特權(quán)級(jí)檢查通過(guò)后供汛，將門(mén)描述符目標(biāo)代碼段選擇子加載到代碼段寄存器 cs 中枪汪，把門(mén)描述符中中斷處 理程序的偏移地址加載到 EIP，開(kāi)始執(zhí)行中斷處理程序怔昨。
由于 IDT 中全都是門(mén)描述符雀久，所以圖 7-7 的 IDT 中的“某門(mén)描述符”表示中斷門(mén)、陸阱門(mén)或任務(wù)門(mén)趁舀。 中斷發(fā)生后赖捌，eflags 中的NT位和 TF位會(huì)被置0。如果中斷對(duì)應(yīng)的門(mén)描述符是中斷門(mén)矮烹，標(biāo)志寄存器eflags 中的 E 位被自動(dòng)置 0越庇，避免中斷嵌套罩锐，即中斷處理過(guò)程中又來(lái)了個(gè)新的中斷，這是為防止在處理某個(gè)中斷 的過(guò)程中又來(lái)了個(gè)相同的中斷卤唉，即同一種中斷未處理完時(shí)又來(lái)了一個(gè)涩惑，這會(huì)導(dǎo)致一般保護(hù)性（GP）異常。 這表示默認(rèn)情況下桑驱，處理器會(huì)在無(wú)人打擾的方式下執(zhí)行中斷門(mén)描述符中的中斷處理例程竭恬。 若中斷發(fā)生時(shí)對(duì)應(yīng)的描述符是任務(wù)門(mén)或陸阱門(mén)的話， CPU 是不會(huì)將 E 位清 0 的熬的。 因?yàn)殛戁彘T(mén)主要用 于調(diào)試痊硕，它允許 CPU 響應(yīng)更高級(jí)別的中斷，所以允許中斷嵌套悦析。而對(duì)任務(wù)門(mén)來(lái)說(shuō)寿桨，這是執(zhí)行一個(gè)新任務(wù)， 任務(wù)都應(yīng)該在開(kāi)中斷的情況下進(jìn)行强戴，否則就獨(dú)占 CPU 資源亭螟，操作系統(tǒng)也會(huì)由多任務(wù)退化成單任務(wù)了。 從中斷返回的指令是 iret骑歹，它從戰(zhàn)中彈出數(shù)據(jù)到寄存器 cs预烙、 eip、 eflags 等道媚，根據(jù)特權(quán)級(jí)是否改變扁掸，判 斷是否要恢復(fù)舊枝，也就是說(shuō)是否將戰(zhàn)中位于 SS_old 和 ESP_old 位直的值彈出到寄存 SS 和 esp最域。當(dāng)中斷 處理程序執(zhí)行完成返回后谴分，通過(guò) iret 指令從棋中恢復(fù) eflags 的內(nèi)容。
- 處理器提供了專門(mén)用于控制 E 位的指令镀脂，通過(guò)它牺蹄， IF 可以直接控制。指令
cli使 IF 位為 0薄翅，這稱為關(guān)中斷沙兰，指令sti使 E 位為 1，這稱為開(kāi)中斷翘魄。 - IF 位只能限制外部設(shè)備的中斷鼎天，對(duì)那些影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的中斷都無(wú)效，如異常 exception暑竟，軟中斷斋射， 如 int n 等，不可屏蔽中斷 NMI 都不受 E 限制。
- 進(jìn)入中斷時(shí)要把
NT位和TF位置為 0绩鸣。 TF 表示 Trap Flag怀大，也就是陸阱標(biāo)志位，這用在調(diào)試環(huán)境中呀闻，當(dāng)TF為 0 時(shí)表示禁止單步執(zhí)行化借，也就是說(shuō)，進(jìn)入中斷后將 TF 直為 0捡多，表示不允許申斷處理程序單步執(zhí)行蓖康， 這是好理解的。
NT位表示NestTaskFlag垒手，即任務(wù)嵌套標(biāo)志位蒜焊，也就是用來(lái)標(biāo)記任務(wù)嵌套調(diào)用的情況。任務(wù)嵌套調(diào)用是指 CPU 將當(dāng)前正執(zhí)行的舊任務(wù)掛起科贬，轉(zhuǎn)去執(zhí)行另外的新任務(wù)泳梆，待新任務(wù)執(zhí)行完后， CPU 再回到舊任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行榜掌。 為什么 CPU 執(zhí)行完舊任務(wù)后還能回到新任務(wù)呢优妙？
原因是在執(zhí)行新任務(wù)之前， CPU 做了兩件準(zhǔn)備工作憎账。
(1 ）將舊任務(wù) TSS 選擇子寫(xiě)到了新任務(wù) TSS 中的“上一個(gè)任務(wù) TSS 的指針”字段中套硼。
(2）將新任務(wù)標(biāo)志寄存器 eflags 中的 NT 位置 l ，表示新任務(wù)之所以能夠執(zhí)行胞皱，是因?yàn)橛袆e的任務(wù)調(diào) 用了它邪意。
第（2）步中這個(gè)“別的任務(wù)”便是指 CPU 在第 1 步中寫(xiě)進(jìn)新任務(wù)自己 TSS 的“上一個(gè)任務(wù) TSS 的 指針” 字段中的值。 CPU 把新任務(wù)執(zhí)行完后還是要回去繼續(xù)執(zhí)行舊任務(wù)的反砌，怎樣回到舊任務(wù)呢雾鬼？
這也是通過(guò)iret指令。 iret 指令 因此有了兩個(gè)功能宴树， 一是從中斷返回策菜，另外一個(gè)就是返回到調(diào)用自己執(zhí)行的那個(gè)舊任務(wù)，這也相當(dāng)于執(zhí)行一個(gè)任 務(wù)森渐。對(duì)同一條iret指令做入，CPU 是如何知道該從中斷返回冒晰，還是返回到舊任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行呢同衣？ 這就用到 NT 位了，當(dāng) CPU 執(zhí)行 iret 時(shí)壶运，它會(huì)去檢查 NT 位的值耐齐，如果 NT 位為 1，這說(shuō)明當(dāng)前任務(wù) 是被嵌套執(zhí)行的，因此會(huì)從自己 TSS 中“上一個(gè)任務(wù) TSS 的指針”字段中獲取舊任務(wù)埠况，然后去執(zhí)行該任 務(wù)耸携。如果 NT 位的值為 0，這表示當(dāng)前是在中斷處理環(huán)境下辕翰，于是就執(zhí)行正常的中斷退出流程夺衍。
這個(gè)還是編譯器實(shí)現(xiàn)為準(zhǔn)，見(jiàn)下節(jié)
中斷發(fā)生時(shí)的壓棧
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中斷時(shí)特權(quán)級(jí)發(fā)生變化的壓棧
- 中斷時(shí)特權(quán)級(jí)不發(fā)生變化的壓棧
 - 同類的指令還有
iretw和iretd, 16 位模式下用iretw32 位模式下用iretd喜命。iret是iretw和iretd的簡(jiǎn)寫(xiě)沟沙，無(wú)論是在 16 位模式，還是在 32 位模式下編碼壁榕，都可以只用iret指令矛紫，它是被編譯成iretw，還是被編譯成iretd牌里，取決于偽指令 BITS 所指明的字長(zhǎng)颊咬。 - 注意，如果中斷有錯(cuò)誤碼牡辽，處理器并不會(huì)主動(dòng)跳過(guò)它的位置喳篇，我們必須手動(dòng)將其跳過(guò)，也就是說(shuō)催享，在準(zhǔn)備用
iret指令返回時(shí)杭隙，當(dāng)前棧指針 esp 必須指向棧中備份的 EIP_old 所在的位置，這樣處理器才能將棧中的數(shù)據(jù)對(duì)號(hào)入座因妙，彈出到各自對(duì)應(yīng)的寄存器中痰憎。 - 注意，如果在返回時(shí)需要改變特權(quán)級(jí)攀涵，將會(huì)檢查數(shù)據(jù)段寄存器 DS铣耘、 ES、 FS 和 GS 的內(nèi)容以故，如果在它 們之中蜗细，某個(gè)寄存器中選擇子所指向的數(shù)據(jù)段描述符的 DPL 權(quán)限比返回后的 CPL ( CS.RPL) 高，即數(shù)值上 返回后的 CPL＞數(shù)據(jù)段描述符的 DPL怒详，處理器將把數(shù)值 0 填充到相應(yīng)的段寄存器炉媒。原理是選擇子為 0 便指向 GDT 中第 0 個(gè)段描述符，該段描述符不可用昆烁，從而故意使處理器拋異常吊骤。 如果忘記了，可以參考從調(diào)用門(mén)返回時(shí)的部分静尼。
中斷錯(cuò)誤碼 ERROR_CODE
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EXT表示EXTernal event白粉，即外部事件传泊，用來(lái) 指明中斷源是否來(lái)自處理器外部，如果中斷源是不
可屏蔽中斷NMI 或外部設(shè)備鸭巴， EXT 為 1眷细，否則為 0。 - IDT 表示選擇子是否指向中斷描述符表 IDT, IDT 位為 1鹃祖，則表示此選擇子指向中斷描述符表溪椎，否則指向全局描述符表 GDT 或局部描述符表 LDT。
- TI 和選擇子中 TI 是一個(gè)意思恬口，為 0 時(shí)用來(lái)指明選擇子是從 GDT 中檢索描述符池磁，為 1 時(shí)是從 LDT 中 檢索描述符。當(dāng)然楷兽，只有在 IDT 位為 0 時(shí) TI位才有意義地熄。
- 選擇子高 13 位索引就是選擇子中用來(lái)在表中索引描述符用的下標(biāo)。 高 16 位是保留位芯杀，全 0端考。
- 錯(cuò)誤碼本質(zhì)上就是描述符選擇子，通過(guò)低 3 位屬性來(lái)修飾此選擇子指向是哪個(gè)表中的哪個(gè)描述符揭厚。
可編程中斷控制器
- 一個(gè)8259A只可以管理8個(gè)中斷却特，INTEL處理器共支持256個(gè)中斷。為了多支持一些中斷設(shè)備筛圆，可以將多個(gè)8259A組合裂明，即官方術(shù)語(yǔ)
級(jí)聯(lián)，有了級(jí)聯(lián)以后太援，每個(gè)8259A都被稱為1片闽晦。級(jí)聯(lián)時(shí)只能有一個(gè)主片master，其余的稱為從片slave提岔。若采用級(jí)聯(lián)的方法仙蛉，n片8259A可以支持7n+1個(gè)中斷源，（原理類似新交換機(jī)或插線板在原來(lái)的交換機(jī)上再引出一條線作拓展的計(jì)算）碱蒙，級(jí)聯(lián)一個(gè)從片荠瘪，要占用主片的一個(gè)IRQ接口。 -
個(gè)人電腦中只有兩片8259A芯片赛惩，級(jí)聯(lián)如圖
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8259A芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)
一些信號(hào)和寄存器介紹如下
- INT: 8259A 選出優(yōu)先級(jí)最高的中斷請(qǐng)求后哀墓，發(fā)信號(hào)通知 CPU。
- INTA: INT Acknowledge喷兼，中斷響應(yīng)信號(hào)篮绰。 位于 8259A 中的 INTA 接收來(lái)自 CPU 的INTA 接口的 中斷響應(yīng)信號(hào)。
- IMR: Interrupt Mask Register褒搔，中斷屏蔽寄存器阶牍，寬度是 8 位，用來(lái)屏蔽某個(gè)外設(shè)的中斷星瘾。
- IRR: Interrupt Request Register走孽，中斷請(qǐng)求寄存器，寬度是 8 位琳状。它的作用是接受經(jīng)過(guò) IMR 寄存器過(guò) 濾后的中斷信號(hào)并鎖存磕瓷，此寄存器中全是等待處理的中斷，“相當(dāng)于” 8259A 維護(hù)的未處理中斷信號(hào)隊(duì)列念逞。
- PR: Priority Resolver困食，優(yōu)先級(jí)仲裁器。 當(dāng)有多個(gè)中斷同時(shí)發(fā)生翎承，或當(dāng)有新的中斷請(qǐng)求進(jìn)來(lái)時(shí)硕盹，將 它與當(dāng)前正在處理的中斷進(jìn)行比較，找出優(yōu)先級(jí)更高的中斷叨咖。
- ISR: In-Servi臼Register瘩例，中斷服務(wù)寄存器，寬度是8 位甸各。當(dāng)某個(gè)中斷正在被處理時(shí)垛贤，保存在此寄存器中。
