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Linux中断技术、门描述符、IDT(中断描述符表)、异常控制技术总结归类
阅读量:428 次
发布时间:2019-03-05

本文共 1403 字,大约阅读时间需要 4 分钟。

相关学习资料

目录

  • 从异常控制流开始说起
  • 中断类型
  • 中断的初始化
  • 门描述符
  • IDT中断描述符表
  • 异常控制类型

  • 1. 从异常控制流开始说起

    异常控制流是操作系统中的一种控制流处理机制,用于响应系统状态的变化。处理器从加电开始到断电为止,程序计数器会执行一系列指令,每个指令的地址被称为程序计数器的值序列(如A0, A1, ..., An-1)。每次从Ak到Ak+1的过渡称为控制转移(control transfer),这样的控制转移序列被称为处理器的控制流(control flow)。

    控制流可以分为两种类型:

  • 平滑控制流:指令地址 Ik 和 Ik+1 是相邻的,CPU依次执行指令。
  • 非平滑控制流:Ik+1 与 Ik 不是相邻的,通常由跳转、调用或返回等指令引起。
  • 现代系统需要对硬件事件或系统状态的变化做出响应,这些情况通常通过异常控制流来实现。异常控制流的主要作用是使处理器能够在不受控制程序指令影响的情况下进行状态转换。


    2. 异常控制流处理机制和中断技术的关系

    异常控制流处理机制是操作系统的一部分,而中断技术是实现这一机制的硬件方法。中断是一种硬件机制,允许CPU根据中断号跳转到相应的中断处理例程。异常控制流和中断技术在操作系统中的作用紧密相关,但二者本质上有明确的区别。


    3. 中断类型

    中断是现代操作系统中的重要技术,用于提高系统吞吐量。中断的本质是一种硬件机制,允许CPU根据中断号转移到中断处理例程。

    中断硬件实现

  • 可编程中断控制器(PIC):用于管理多个中断源,检测中断请求并根据优先级进行处理。
  • 存储器子系统:将中断端口映射到存储器地址空间。
  • 中断分类

    从实现机制来看,中断可以分为以下几类:

  • 外部中断:由外部设备(如键盘、鼠标、硬盘等)引发。外部中断源通过中断控制器向CPU报告中断。
  • 内部中断:由CPU执行指令时产生,包括异常和陷阱。

  • 4. 门描述符

    门描述符是I386 CPU中的一种数据结构,用于描述控制转移的入口点。它主要用于实现特权级切换和任务切换,包括以下几种类型:

  • 调用门描述符:用于特权级切换,存储在GDT或LDT中。
  • 任务门描述符:用于任务切换,存储在GDT、LDT或IDT中。
  • 中断门描述符:用于中断服务例程的寻址。
  • 陷阱门描述符:用于陷阱处理例程的寻址。
  • 门描述符的格式包括选择子、偏移地址和描述符特权级(DPL),用于实现内存寻址。


    5. IDT中断描述符表

    IDT(Interrupt Descriptor Table)是操作系统中用来存储中断描述符的数据结构。IDT包含256个表项,每个表项是一个门描述符,用于确定中断处理例程的入口地址。处理器通过IDTR寄存器加载IDT的基址和长度。

    IDT的作用

  • 存储中断处理例程的入口地址。
  • 提供中断例程的寻址方式。

  • 6. 异常控制类型

    异常控制流是操作系统中处理系统状态变化的核心机制。异常可以分为以下几类:

  • 中断:来自外部设备的异步事件。
  • 陷阱:有意的异常,用于系统调用。
  • 故障:潜在可恢复的错误。
  • 终止:不可恢复的错误。
  • 所有异常处理都需要通过中断机制实现,包括进程切换、硬件事件处理和内核异常等。


    总结

    通过对异常控制流、中断类型、中断初始化、门描述符和IDT的学习,我们可以全面理解操作系统中的异常处理机制。这些知识点是深入学习操作系统内核的基础,尤其是在处理多任务环境和硬件设备通信时至关重要。

    转载地址:http://dfzkz.baihongyu.com/

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