請(qǐng)教ULK3中關(guān)于中斷的兩個(gè)問(wèn)題

_nosay

回復(fù) 1# ymc4444


以下是我的個(gè)人理解，除了回答你的問(wèn)題，也有自己額外的總結(jié)，希望你能把分給我：
問(wèn)題一：任務(wù)門本來(lái)就是硬件為方便軟件進(jìn)行進(jìn)程(任務(wù))切換設(shè)計(jì)的。
CPU上有個(gè)TR寄存器，它期望軟件在內(nèi)存中為每個(gè)進(jìn)程安排各自的TSS段以及任務(wù)門，穿過(guò)任務(wù)門時(shí)，硬件負(fù)責(zé)將該任務(wù)門中“TSS段寄存器值”賦給TR寄存器，從而達(dá)到進(jìn)程切換的目的。
只不過(guò)Linux切換進(jìn)程（任務(wù)），并不使用任務(wù)門，因?yàn)閺膶蛹?jí)關(guān)系來(lái)看，硬件比軟件更底層，它沒(méi)有充足的信息來(lái)舍棄不需要的操作，導(dǎo)致通過(guò)任務(wù)門切換進(jìn)程時(shí)，硬件上會(huì)執(zhí)行一堆臃腫的操作，效率不行。

新問(wèn)題：那么Linux是怎么切換進(jìn)程的呢？
進(jìn)程的切換，本質(zhì)就是硬件狀態(tài)的改變：
進(jìn)程A運(yùn)行時(shí)，SS+ESP寄存器指向進(jìn)程A的堆棧，CS+EIP寄存器指向進(jìn)程A的指令，CR3寄存器指向進(jìn)程A的目錄表。。
切換到進(jìn)程B，無(wú)非是讓SS+ESP寄存器指向進(jìn)程B的堆棧，CS+EIP寄存器指向進(jìn)程B的指令，CR3寄存器指向進(jìn)程B的目錄表。。
而修改SS、ESP、CS、EIP、CR3等等這些操作，硬件都向軟件提供對(duì)應(yīng)的指令了，所以穿過(guò)任務(wù)門時(shí)硬件做的操作，軟件當(dāng)然也可以自己做，從而在軟件層面也可以設(shè)計(jì)進(jìn)程切換的過(guò)程，并沒(méi)有什么奇怪。

不使用任務(wù)門，不代表Linux就可以沒(méi)有TSS這個(gè)東西了，因?yàn)椴恢皇谴┻^(guò)任務(wù)門時(shí)才需要它。比如用戶態(tài)執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用穿過(guò)陷阱門往內(nèi)核態(tài)切換時(shí)，就要根據(jù)TR寄存器找到“當(dāng)前進(jìn)程的TSS段”，根據(jù)里面的SS0、ESP0成員值，修改SS、ESP寄存器，切換到該進(jìn)程的內(nèi)核堆棧，以及將當(dāng)前進(jìn)程的EFLAGS寄存器壓入內(nèi)核堆棧。

簡(jiǎn)單粗暴的說(shuō)：硬件提供給“懶程序”一種切換進(jìn)程的方式，就是通過(guò)int(或jmp、call)穿過(guò)其它進(jìn)程的任務(wù)門即可，硬件會(huì)根據(jù)任務(wù)門中的“TSS段寄存器”修改TR寄存器，將整個(gè)TSS段讀到CPU的高級(jí)緩存并使用；Linux切換進(jìn)程時(shí)，并不修改TR寄存器，因?yàn)樗�只需要修改TSS段中的部分必要內(nèi)容，所以所有進(jìn)程有一個(gè)“公共TSS”，CPU的時(shí)間片輪到自己時(shí)，要根據(jù)自己在GDT中的TSS段描述符，找到自己的TSS內(nèi)容，并修改“公共TSS”，這樣CPU只需要往高級(jí)緩存讀緩存失效的那一部分。

你的反問(wèn)+“信號(hào)”的躺槍，表示你還需要好好體會(huì)一下。
信號(hào)和進(jìn)程切換都是在內(nèi)核態(tài)往用戶態(tài)切換時(shí)，判斷要不要做，它們的區(qū)別是“進(jìn)程切換”到用戶態(tài)后，就留在用戶態(tài)了，直到下一次中斷（或異常、陷阱），而“信號(hào)”切換用戶態(tài)執(zhí)行完信號(hào)處理函數(shù)后，要馬上回到內(nèi)核態(tài)，因?yàn)檫�要執(zhí)行其它關(guān)心該信號(hào)的進(jìn)程的的信號(hào)處理函數(shù)呢。

我們平時(shí)寫信號(hào)處理函數(shù)，也沒(méi)有加int保證返回內(nèi)核，那么信號(hào)處理函數(shù)執(zhí)行完是如何“自覺(jué)”回到內(nèi)核態(tài)的呢？
因?yàn)閮?nèi)核在切換到用戶態(tài)之前，在用戶態(tài)堆棧“返回地址”的位置（就是平時(shí)我們寫funa()調(diào)用funb()，編譯器為funb()執(zhí)行完，取返回funa()的地址的位置），安排了一個(gè)指向返回內(nèi)核態(tài)的指令的地址。

問(wèn)題二：“用戶態(tài)<->內(nèi)核態(tài)切換”、“進(jìn)程切換”，兩種切換不要搞混淆。
硬件自己引起的“中斷”（可以理解為不是程序里的int指令引起的吧），比如時(shí)鐘中斷、缺頁(yè)/除0異常等，是沒(méi)有你說(shuō)的這個(gè)檢查的，因?yàn)橛布�本身的設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)這些情況進(jìn)行保證，而進(jìn)程自己通過(guò)int指令企圖“中斷”，才會(huì)跟當(dāng)前進(jìn)程有關(guān)系，作為比軟件底層的硬件，硬件工程師無(wú)法確保軟件不會(huì)在不合理的情形下int，所以才要根據(jù)進(jìn)程的信息進(jìn)行檢查。

新問(wèn)題：app程序通過(guò)int切換到內(nèi)核態(tài)，讓進(jìn)程從3級(jí)變成0級(jí)，權(quán)利提高了，是不是就可以為所欲為了？
不可以。app擁有權(quán)利的時(shí)候，同時(shí)也必須按照內(nèi)核工程師寫的代碼執(zhí)行，即已淪為傀儡，除非能找到內(nèi)核的漏洞。

nswcfd

task gate的行為是CPU規(guī)定的，跟OS層面的“任務(wù)/進(jìn)程”沒(méi)有關(guān)系，更談不上調(diào)度（OS層面的概念）。

問(wèn)題二描述的也是CPU的行為，跟“任務(wù)/進(jìn)程”沒(méi)有關(guān)系。
估計(jì)是翻譯的原因吧，什么時(shí)候“中斷處理程序”是個(gè)“程序”啊

今天不吃面

中斷有兩種觸發(fā)方式，一種就是硬件異步產(chǎn)生的，常規(guī)的中斷，比如你按了一個(gè)鍵，這種的是不檢查特權(quán)的，
還有一種是匯編指令int，軟件模擬中斷，這種的是要檢查的

nswcfd

筆誤，學(xué)習(xí)了。