操作系统开发系列—12.f.在内核中添加中断处理 ●

因为CPU只有一个,同一时刻要么是客户进程在运行,要么是操作系统在运行,如果实现进程,需要一种控制权转换机制,这种机制便是中断。

要做的工作有两项:设置8259A和建立IDT。

/*======================================================================*
init_8259A
*======================================================================*/
PUBLIC void init_8259A()
{
/* Master 8259, ICW1. */
out_byte(INT_M_CTL, 0x11);
/* Slave 8259, ICW1. */
out_byte(INT_S_CTL, 0x11);
/* Master 8259, ICW2. 设置 '主8259' 的中断入口地址为 0x20. */
out_byte(INT_M_CTLMASK, INT_VECTOR_IRQ0);
/* Slave 8259, ICW2. 设置 '从8259' 的中断入口地址为 0x28 */
out_byte(INT_S_CTLMASK, INT_VECTOR_IRQ8);
/* Master 8259, ICW3. IR2 对应 '从8259'. */
out_byte(INT_M_CTLMASK, 0x4);
/* Slave 8259, ICW3. 对应 '主8259' 的 IR2. */
out_byte(INT_S_CTLMASK, 0x2);
/* Master 8259, ICW4. */
out_byte(INT_M_CTLMASK, 0x1);
/* Slave 8259, ICW4. */
out_byte(INT_S_CTLMASK, 0x1);
/* Master 8259, OCW1. */
out_byte(INT_M_CTLMASK, 0xFF);
/* Slave 8259, OCW1. */
out_byte(INT_S_CTLMASK, 0xFF);
}

out_byte的函数体位于kliba.asm中

global	out_byte
global in_byte ; ========================================================================
; void out_byte(u16 port, u8 value);
; ========================================================================
out_byte:
mov edx, [esp + 4] ; port
mov al, [esp + 4 + 4] ; value
out dx, al
nop ; 一点延迟
nop
ret ; ========================================================================
; u8 in_byte(u16 port);
; ========================================================================
in_byte:
mov edx, [esp + 4] ; port
xor eax, eax
in al, dx
nop ; 一点延迟
nop
ret

现在,该是把这些中断和异常的处理程序统统添加上的时候了。

global	divide_error
global single_step_exception
global nmi
global breakpoint_exception
global overflow
global bounds_check
... lidt [idt_ptr] ...
; 中断和异常 -- 异常
divide_error:
push 0xFFFFFFFF ; no err code
push 0 ; vector_no = 0
jmp exception
single_step_exception:
push 0xFFFFFFFF ; no err code
push 1 ; vector_no = 1
jmp exception
nmi:
push 0xFFFFFFFF ; no err code
push 2 ; vector_no = 2
jmp exception
breakpoint_exception:
push 0xFFFFFFFF ; no err code
push 3 ; vector_no = 3
jmp exception
overflow:
push 0xFFFFFFFF ; no err code
push 4 ; vector_no = 4
jmp exception
...
exception:
call exception_handler
add esp, 4*2 ; 让栈顶指向 EIP,堆栈中从顶向下依次是:EIP、CS、EFLAGS
hlt

异常发生时堆栈的变化情况是,中断或异常发生时eflags、cs、eip已经被压栈,如果有错误码的话,错误码也已经被压栈。

所以我们对异常处理的总体思想是,如果有错误码,则直接把向量号压栈,然后执行一个函数exception_handler;如果没有错误码,则先在栈中压入一个0xFFFFFFFF,再把向量号压栈并随后执行exception_handler。

函数exception_hanlder()的原型是这样的:

void exception_handler(int vec_no,int err_code,int eip,int cs,int eflags);

由于C调用约定是调用者恢复堆栈,所以不用担心exception_handler会破坏堆栈中的eip、cs以及eflags。

现在我们已经有了异常处理函数,该是设置IDT的时候了。设置IDT的代码放进函数init_prot()中,它也位于protect.c中。protect.c通篇几乎只调用一个函数,就是init_idt_desc(),它用来初始化一个门描述符。其中用到的函数指针类型是这样定义的:

typedef	void	(*int_handler)	();

在init_prot()中,所有描述符都被初始化成中断门。DA_386IGate表示中断门。

Intel为我们准备了一个指令叫做ud2,能够产生一个#UD异常。

编译:

make image

运行结果如下:

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源码

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