中斷信號的作用

由中斷或異常處理程序執行的代碼不是一個進程。而是一個內核控制路徑，比一個進程的上下文要少，建立或終止需要的時間很少。為了應答中斷，內核需要執行的活動分為兩部分：上半部分（立即執行），下半部分（一個函數等待隊列）

中斷：

中斷分為可屏蔽中斷（清eflag寄存器的IF標志關閉中斷）和不可屏蔽中斷。

異常：

當CPU執行一條指令時所探測到的一個反常條件所產生的異常。這取決于CPU控制單元產生異常時保存在內核態堆棧eip寄存器的值：

故障：保存在eip中的值是引起故障的指令地址，當異常處理程序終止時， 會重新執行那條指令。

陷阱：該指令在引起陷阱的指令地址后。只有當沒有必要重新執行已執行過的指令時，才觸發陷阱。其主要用途是為了調試程序。

異常結束：發生嚴重錯誤，迫使程序異常終止。

編程異常：在編程者發出請求時發生。

中斷和異常向量

每個中斷和異常是由0~255之間的一個數來標識。因為一些未知原因，Intel把這個8位的無符號整數叫做一個向量。不可屏蔽中斷的向量和異常的向量都是固定的（0~31），而可屏蔽中斷的向量（32~47 IRQ）可以通過對中斷控制器的編程來改變。

其中，48~255的向量用來標識軟中斷（即編程異常）。Linux只用了一個，即128，用來實現系統調用。當用戶態下的進程執行一條int 0x80匯編指令時，CPU切換到內核態，并開始執行system_call()函數。

IRQ和中斷

每個能夠發出中斷請求的硬件設備控制器都有一個指派為IRQ（Interrupt ReQuest）的輸出線。所有現有的IRQ線都與一個叫做中斷控制器的硬件電路的輸入引腳相連。

硬件設備控制器發出信號給中斷控制器，中斷控制器接受信號后轉換成對應向量，CPU可以讀這個向量并確認后，清INTR線。

IRQ按順序編號，與向量之間的映射可以通過向中斷控制器端口發布合適的指令來修改。IRQ線可以被復用，也可以被啟用/禁用，禁用時，eflags寄存器的IF標志被清除。

中斷描述符表

中斷描述符表（IDT）是一個系統表，它與每一個中斷或異常向量相聯系，每一個向量（8字節）有相應的中斷或異常處理程序的入口地址。在內核允許中斷發生前，必須適當地初始化IDT。

表中每一項對應一個中斷或異常向量，，idtr寄存器允許IDT位于內存任何地方，它指定了IDT的物理基地址及其限制。

IDT包含了三種類型的描述符，任務門，中斷門，陷阱門。其中，中斷門包含了段選擇符和一個中斷或異常處理程序的段內偏移量。當控制器轉移到合適的段時，處理器清IF標志，從而關閉接下來會發生的可屏蔽中斷。

Linux利用中斷門處理中斷，利用陷阱門處理異常。

那么怎么處理中斷或異常呢？

中斷或異常向量i----->IDTR寄存器找到IDT表第i項------>從gdtr寄存器獲得GDT基地址并利用IDT表中的段選擇符和偏移量查找中斷或異常處理程序所在的段的基地址------->安全檢查（CPL==DPL）

中斷和異常處理程序的嵌套執行

當CPU正在執行一個與中斷有關的內核控制路徑時，Linux的設計不允許發生進程切換。但是，這樣的內核控制路徑可以隨意的嵌套，即一個中斷處理程序可以由另一個中斷處理程序進行中斷，如此等等。當然，異常處理程序也可以被推遲。

初始化中斷描述符表

首先，在初始化前，需要將IDT表的初始地址裝到idtr寄存器，并初始化表中的每一項，在Linux中，沒有任務門一說，倒有叫做系統門。IDT通常會被初始化兩次，BIOS例程位第一次。

最后幾個問題

內核控制路徑并發執行的數量：如果僅僅只有一個，那么CPU必須切換到用戶態。

激活的，等待被執行的下半部分：如果有一些，必須執行它們。

如果有任何請求，內核就必須執行進程調度；否則，把控制權還給當前進程。

如果信號已經發送到當前進程，就必須處理它。


審核編輯：劉清