[系统运维]DOS中断/ BIOS中断

目录

前言

一、中断简介

1.1 中断信息

1.2 内中断

1.3 外中断

二、中断服务程序

2.1 BIOS中断

2.2 DOS中断

三、系统调用

3.1 操作系统为什么要提供系统调用？

3.2 操作系统如何进行权限限制

3.3?如何访问内核函数

总结

前言

中断是指计算机运行过程中，出现某些意外情况需主机干预时，机器能自动停止正在运行的程序并转入处理新情况的程序，处理完毕后又返回原被暂停的程序继续运行。

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、中断简介

????????执行完当前指令后，检测到从CPU内部或者外部发送过来的中断信息，并且可以立即对所接受到的信息进行处理；

1.1 中断信息

????????中断信息根据来自CPU内部和外部分为：内中断和外中断

1.2 内中断

? ? ? ? （1）硬件故障：断电等

????????（2）软件异常：缺页、除法错误、溢出等

????????（3）调用int指令引发中断

? ? ? ? ? 例：BIOS中以中断处理程序的形式提供了微机中基本I/O设备的控制程序，称为"BIOS中断"，应用程序可以用"INT n"指令调用这些程序。?

1.3 外中断

? ? ? ? 外部中断是实时地处理外部事件的一种内部机制。当某种外部事件发生时，中断系统将迫使CPU暂停正在执行的程序，转而去进行中断事件的处理；中断处理完毕后．又返回被中断的程序处，继续执行下去。

? ? ? ? 例：鼠标、键盘引起的中断；

二、中断服务程序

????????通过执行事先编好的某个特定程序，用来处理中断信息的程序。

?

2.1 BIOS中断

????????BIOS中，以中断处理程序的形式提供了计算机中基本I/O设备的控制程序，称为"BIOS中断"，应用程序可以用"INT n"指令调用这些程序。

例："int 0x13h" BIOS提供给程序控制磁盘IO资源；?

2.2 DOS中断

????????程序运行的主要软件环境是操作系统。

????????操作系统为程序运行提供基本的服务，如，程序的装入、结束，内存的分配，文件管理等。以DOS操作系统为例，它也以中断处理程序的形式提供这些服务，称为"DOS中断"，?应用程序也用"INT n"指令调用这些服务。

? ? ? ? 也可称为：操作系统提供系统调用（接口）来供上层应用来和操作系统交互，进而控制系统资源。

例：如计算机应用程序用 “ int 0x80h” 或者 “ int 0x21h”，通过操作系统提供的系统调用来操作计算机资源；

三、系统调用

????????通过执行事先编好的某个特定程序，用来处理中断信息的程序。

3.1 操作系统为什么要提供系统调用？

? ? ? ? 为防止用户程序随意对操作系统内核区域的访问与操作，操作系统进行权限控制；

3.2 操作系统如何进行权限限制

????????操作系统将内存区域分为了用户态和内核态，由于CS:IP是当前的指令，所以使用CS的最低两位来表示: 0是内核态，3是用户态。
????????每次访问时，目的指令的DPL >= 当前指令的CPL时才能访问，内核段的DPL都是为0（在初始化阶段DPL就都置成了0） 这样内核态可以访问任何数据，用户态不能访问内核数据。通过DPL和CPL就实现了用户态无法直接访问内核态的内容

DPL是目标内存段的特权级； CPL是当前内存段的特权级

?3.3?如何访问内核函数

? ? ? ? 操作系统提供了中断指令int 0x80（DOS系统调用）来主动进入内核，这是用户程序发起的调用访问内核代码的唯一方式；

• 用户程序中包含一段包含int指令的代码，通常是由库函数通过内联汇编插入
• 操作系统根据编号（选择对应的系统调用函数）执行相应的代码

调用系统函数时会通过内联汇编代码插入int 0x80的中断指令，(不仅会插入中断指令，还会将系统调用编号设置给 %eax 寄存器）

核心：内核接收到int 0x80中断后，需要查询IDT表来取出中断处理函数地址，此处不同与其他操作系统区域的代码，int 0x80的idt表中的DPL被设置成了3，所以能从用户态能直接访问int 0x80的中断指令的（唯一入口），然后将CPL修改为0（访管指令），后续就可以正常访问内核代码。
?

?图为 IDT表结构

void sched_init(void)
{set_system_gate(0x80, &system_call)}
在linux/include/asm/system.h中
#define set_system_gate(n, addr) \
_set_gate(&idt[n],15,3,addr); //idt是中断向量表基址 
#define _set_gate(gate_addr, type, dpl, addr)\ 
__asm__(“movw %%dx,%%ax\n\t” “movw %0,%%dx\n\t”\ 
“movl %%eax,%1\n\t” “movl %%edx,%2”:\ 
:”i”((short)(0x8000+(dpl<<13)+type<<8))),“o”(*(( \ 
char*)(gate_addr))),”o”(*(4+(char*)(gate_addr))),\
“d”((char*)(addr),”a”(0x00080000))

注：这是一段在系统初始化阶段执行的代码，主要工作是用来设置0x80的中断处理IDT表项，设置相应的&system_call入口函数的地址。并且注意到这里面会将0x80的IDT表项的DPL设置为3，这样CPL=3用户态的程序就能进入，跳入IDT表之后，段选择符是8，将段和偏移设置为新的pc，cs=8，ip=&system_call，这个cs=8 还要再找gdt表，就是从内核0位开始，此时CPl已经变成了0。也就完成了特权级的转化。再下一步，在system_call中会根据%eax中跳转到相应的处理函数执行，这样就完成了一个系统函数的调用过程

总结

????????Linux的系统调用通过int 80h实现，用系统调用号来区分入口函数。 操作系统实现系统调用的基本过程是：

1. ? ? ? 应用程序调用库函数（API）；
2. ? ? ? API将系统调用号存入EAX，然后通过中断调用使系统进入内核态；
3. ? ? ? 内核中的中断处理函数根据系统调用号，调用对应的内核函数（系统调用）；
4. ? ? ?系统调用完成相应功能，将返回值存入EAX，返回到中断处理函数；
5. ? ? ?中断处理函数返回到API中；
6. ? ? ?API将EAX返回给应用程序。