操作系统对中断信号处理的实现

操作系统对中断信号处理的实现。

操作系统对中断信号的处理实际是对硬件中断的一种模拟， 所以在在讨论这个问题之前， 先了解一下8086计算机硬件中断的原理。以下内容是google出来的， 出处我就不说了， 反正类似的内容多的是。

  CPU在INTR引脚上接到一个中断请求信号，如果此时IF＝1，CPU就会在当前指令执行完以后开始响应外部的中断请求，这时，CPU在INTA引脚连续发两个负脉冲，外设在接到第二个负脉冲以后，在数据线上发送中断类型码，接到这个中断类型码后，CPU做如下动作：

    1）将中断类型码放入暂存器保存；

    2）将标志寄存器内容压入堆栈，以保护中断时的状态；

    3）将IF和TF标志清0。
         目的是防止在中断响应的同时又来别的中断，而将TF清0是为了防止CPU以单步方式执行中断处理子程序。这时要特别提醒，因为CPU在中断响应时自动关闭了IF标志，因此用户如要进行中断嵌套时，必须在自己的中断处理子程序中用开中断指令来重新设置IF；

    4）保护断点。
        断点指的是在响应中断时，主程序当前指令下面的一条指令的地址。保护断点就是将当前的IP和CS的内容入栈，为了以后正确地返回主程序；

    5）根据取到的中断类型码，在中断向量表中找出相应的中断向量，将其装入IP和CS，即呆自动转向中断服务子程序。
    对NMI进入的中断请求，由于其类型码固定为2，因此CPU不用从外设读取类型码，也不需计算中断向量表的地址，只要将中断向量表中0000：0008H～0000：000BH单元内容分别装入IP和CS即可。

关于<.图3 中断处理过程 > 的几点说明：


   1）8086/8088除软件中断外，内部“非屏蔽中断”、“可屏蔽中断”均设立有优先级，其中内中（除单步外）――即0、1、3、4号中断的优先级高于非屏蔽中断，非屏蔽中断高于可屏蔽中断，单步中断优先级最低；


     2）只有在可屏蔽中断的情况下才判IF＝1？，才取中断类型码，其余的没有这个动作。


   3）关于单步中断，它是每执行一条指令中断一次，显示出当时各寄存器的内容，供用户参考，当进入单步中断响应时，CPU自动清除了TF，在中断返回后，由于恢复了响应时的标志寄存器的值，因此TF＝1，执行完一条指令后又进入单步中断，直到程序将TF改为0为止。


   4）关于中断的嵌套，NMI总是可以响应的，若在中断处理子程序中设立了开中断指令，INTR的请求也能响应。


     5）弹出IP、CS、标志，返回断点的动作由IRET指令完成。


 6）当遇到等待指令或串操作指令时，允许在指令执行的过程中进入中断。这时需注意在中断处理子程序中保护现场，以保证中断返回后能继续正确地执行这些指令。


扯了那么多8086的东西， 该说说正题了。操作系统在从内核态返回用户态之前(系统可能是一个系统调用， 也可能是一个时钟中断而导致进入内核模式)， 将检查是否有需要的投递的信号。一旦检测到需要信号投递时， 内核将改变用户空间的数据(跟调用exec类似, 系统会改变用户空间的数据)。建立一个新的栈桢。当返回到用户空间的时候， IP指向的将是新的栈， 所以执行的下一个指令将是信号处理函数(signal_handler)。当信号出来函数返回时， 执行的将是sigreturn, 所以系统将重新进入内核模式。这个时候系统将把栈清除。恢复原来的IP值， 当重新再次返回用户模式的时候， 程序就像什么都没有发生一样继续往下执行。因为上下文是保存在用户空间， 并且是以链的形式保存， 所以信号出来的递归是没有问题的。信号处理函数sigreturn返回一次将执行一次类似弹栈操作， 直到栈为空为止。对于系统调用的自动重启， 只要把IP恢复为执行前一条指令， 那么系统调用自然自动被再次调用。不过由于带有超时参数的函数在执行signal_handler的时候会费掉时间， 再次进入系统调用将造成不必要的麻烦(两义性)， 所以对于这类函数是不会自动重启的。