本讲概述

为什么 while (1) ; 死循环不会把电脑卡死？

本讲内容

  • 中断机制
  • 实现分时多任务

中断机制

回到一个经典问题

为什么 while (1) ; 死循环不会把电脑卡死？

因为有中断

  • 相当于在指令之后插入一段代码
if (has_interrupt && int_enabled) {
  interrupt_handler();
}
  • 类似的是异常机制
    • 有时候称为同步中断

x86-64 中断过程

比 “函数调用” 复杂一些

  • 函数调用需要保存 PC 到堆栈 (%rsp)
    • 但中断不仅要保存 PC (尤其是在有特权级切换的时候)

中断处理

  • 自动保存 RIP, CS, RFLAGS, RSP, SS, (Error Code)
  • 根据中断/异常号跳转到处理程序 (特权级切换会触发堆栈切换)
    • int $0x80 指令可以产生 128 号异常
    • 时钟会产生 32 号中断
    • 键盘会产生 33 号中断
    • ……

为什么死循环不会把电脑卡死？

中断是强制的 (普通的进程不能关闭)

  • Ring 3 关闭中断将导致 Exception(GP(0)) (手册)
    • 发生 13 号异常
    • Error Code 0
      • 异常机制进入操作系统代码执行
      • 操作系统发送 SIGSEGV 信号
    • 捕捉 SIGSEGV: cli.c

中断发生后，操作系统代码将会切换到另一个进程执行

  • “调度”：让进程公平地共享 CPU

实现分时多任务

代码选讲

Abstract Machine

  • trap64.S
  • cte.c

调试 “迷你” 操作系统

总结

操作系统：中断驱动的上下文切换

应用程序视角

  • 一组系统调用的 API
    • 进程管理、存储管理、文件管理……

硬件视角

  • 操作系统是一个中断处理程序
    • 设备中断：上下文切换；调用设备驱动程序；……
    • 系统调用：操作系统代码执行 (API 实现)
    • 异常：发送信号 (类似系统调用)

End.