《自己动手写操作系统第六章》引入minix中断处理方式
摘要：回过头来看，我们发现我们的中断处理程序写的并不够优雅。中断被响应需要三个条件：Eflags中的中断标记是打开状态；中断屏蔽寄存器没有屏蔽对应中断，设置了EOI标志。
注意：上面的代码从逻辑上也发生了改变：在发生了中断重入的时候，仍然会执行中断服务程序，不过仅仅会打印"！"就返回；没有发生中断切换的时候就会执行进程切换。
我们来看看对应的中断处理程序：
我们更改代码以后，再来运行一下程序：
思考：上面的代码是否会产生中断重入导致的堆栈溢出问题？
我们来修改restart的代码：
由于时钟中断的后部分和restart是相同的，我们可以将这时钟中断中重合的部分省略。
1）保护上下文
2）判断中断重入与堆栈切换
3）开中断与中断处理核心程序
4）恢复上下文（已经并在了restart过程当中）
现在，我们将1）和2）也独立出来:
看代码：
相关：
irq_table在global.c中进行定义：
PUBLIC irq_hander irq_tabel[NR_IRQ];
申明：extern irq_hander irq_table[]；在global.h
在type.h中增加对irq_handler的定义：typedef void (*irq_handler) (int irq)
const.h ：#define NR_IRQ 16
接下来，我们来初始化irq_table，先都初始化成spurious_irp：
在init_8259A函数中：
现在，我们需要一个函数对irq_table[0]进行赋值：
在main.c中，绑定中断处理程序到固定的引脚。
回过头来总结一下，我们是如何将中断处理流程范式化的：我们将寄存器恢复、堆栈切换ldt等操作提取出来，归到restart部分；将中断处理核心部分：打印相关信息和进程切换放到时钟中断处理句柄中；将上下文的保存、判断中断重入等放到save函数之中；为了防止时钟中断重入，我们在中断处理流程中加入中断使能控制语句；接下来，将时钟中断处理，推广到一般化的中断处理，将上述中断处理过程 封装成宏定义hwint_master。过程大致如此，可以看出，这是一个从特殊化到一般化的过程，也是我们避免代码臃肿和出错的良好方式。
1.修改一下时钟中断处理程序：g/kernel/kernel.asm
174 inc dword [k_reenter] 175 cmp dword [k_reenter], 0 176 jne .1 ;重入进入.1 177 178 mov esp, StackTop ; 切到内核栈 179 push .restart_v2 jmp .2 .1: push .restart_reenter_v2 .2 180 sti 181 182 push 0 183 call clock_handler 184 add esp, 4 185 186 cli ret;对应前面的push语句 .restart_v2: 188 mov esp, [p_proc_ready] ; 离开内核栈; 189 lldt [esp + P_LDT_SEL] 190 lea eax, [esp + P_STACKTOP] 191 mov dword [tss + TSS3_S_SP0], eax 192 193 .restart_reenter_v2: ; 如果(k_reenter != 0)，会跳转到这里 194 dec dword [k_reenter] ; k_reenter--; 195 pop gs ; ┓ 196 pop fs ; ┃ 197 pop es ; ┣ 恢复原寄存器值 198 pop ds ; ┃ 199 popad ; ┛ 200 add esp, 4 201
注意：上面的代码从逻辑上也发生了改变：在发生了中断重入的时候，仍然会执行中断服务程序，不过仅仅会打印"！"就返回；没有发生中断切换的时候就会执行进程切换。
我们来看看对应的中断处理程序：
21 PUBLIC void clock_handler(int irq)
22 {
23 disp_str("#");
24 ticks++;
25
26 if (k_reenter != 0) {
27 disp_str("!");
28 return;
29 }
30
31 p_proc_ready++;
32
33 if (p_proc_ready >= proc_table + NR_TASKS) {
34 p_proc_ready = proc_table;
35 }
36 }
我们更改代码以后，再来运行一下程序：
思考：上面的代码是否会产生中断重入导致的堆栈溢出问题？
2.修改restart程序
restart是将睡眠的程序重新运行的一段程序，是用汇编在kernel.asm中定义的，由main.c中的tnix_main()调用，然后进入死循环： 54 k_reenter = -1;
55
56 p_proc_ready = proc_table;
57
58 restart();
59
60
61 while(1){}
我们来修改restart的代码：
353 restart: 354 mov esp, [p_proc_ready] 355 lldt [esp + P_LDT_SEL] 356 lea eax, [esp + P_STACKTOP] 357 mov dword [tss + TSS3_S_SP0], eax 358 restart_reenter: dec dword [k_reenter]；由于这一句，我们需要将k_reenter的初始值从-1改成0 359 pop gs 360 pop fs 361 pop es 362 pop ds 363 popad 364 add esp, 4 365 iretd
由于时钟中断的后部分和restart是相同的，我们可以将这时钟中断中重合的部分省略。
3修改中断处理程序——save
对比原来的中断处理程序：我们总结一下时钟中断程序的内容：1）保护上下文
2）判断中断重入与堆栈切换
3）开中断与中断处理核心程序
4）恢复上下文（已经并在了restart过程当中）
现在，我们将1）和2）也独立出来:
193 save: 194 sub esp, 4 195 pushad ; ┓ 196 push ds ; ┃ 197 push es ; ┣ 保存原寄存器值 198 push fs ; ┃ 199 push gs ; ┛ 200 mov dx, ss 201 mov ds, dx 202 mov es, dx 203 204 mov eax,esp 205 206 inc dword [k_reenter] 207 cmp dword [k_reenter], 0 208 jne .1 209 210 mov esp, StackTop ; 切到内核栈 211 push restart 212 jmp .2 213 .1: 214 push restart_reenter 215 .2: 216 jmp [eax+RETADR-P_STACKBASE]中断处理程序的部分内容：
158 hwint00: ; Interrupt routine for irq 0 (the clock). 159 160 ;inc byte [gs:0] ; 改变屏幕第 0 行, 第 0 列的字符 161 call save 162 mov al, EOI ; ┓reenable master 8259 163 out INT_M_CTL, al ; ┛这里，我们注意到一个很奇怪的call指令——没有以ret结尾。为什么呢？想一想，ret从堆栈中弹出返回地址赋值给eip；但是由于这里，esp在call指令中发生了变化，所以没法用ret进行返回，需要使用jmp，就是call指令的下一条指令的地址作为call过程的返回地址。
4.修改中断处理程序——时钟中断的可重入问题
我们在本文第一部分已经分析过，这种情况下的代码仍然可能导致时钟中断的重入问题：所以，我们有必要在重新打开中断之前关闭时钟中断；在关闭中断之后再打开时钟中断。看代码：
160 call save 161 162 in al,INT_M_CTLMASK 163 or al,1 164 out INT_M_CTLMASK,al 165 166 mov al, EOI ; ┓reenable master 8259 167 out INT_M_CTL, al ; ┛ 168 169 sti 170 push 0 171 call clock_handler 172 add esp, 4 173 174 cli 175 in al,INT_M_CTLMASK 176 and al,0xFE 177 out INT_M_CTLMASK 178 179 ret
5.修改中断处理程序——代码模块化：统一的中断处理例程
在上面的这段代码中，我们注意到，真正与时钟相关的部分是有限的，这很容易扩展到其他中断类型。我们来定义一个宏hwint_master 1来处理硬件中断。150 ; 中断和异常 -- 硬件中断 151 ; --------------------------------- 152 %macro hwint_master 1 153 call save 154 in al, INT_M_CTLMASK ; ┓ 155 or al, (1 << %1) ; ┣ 屏蔽当前中断 156 out INT_M_CTLMASK, al ; ┛ 157 mov al, EOI ; ┓置EOI位 158 out INT_M_CTL, al ; ┛ 159 sti ; CPU在响应中断的过程中会自动关中断，这句之后就允许响应新的中断 160 push %1 ; ┓ 161 call [irq_table + 4 * %1] ; ┣ 中断处理程序；很显然，irq_table是一个函数指针组成的数组，我们在global.c中对他加以定义 162 pop ecx ; ┛ 163 cli 164 in al, INT_M_CTLMASK ; ┓ 165 and al, ~(1 << %1) ; ┣ 恢复接受当前中断 166 out INT_M_CTLMASK, al ; ┛ 167 ret 168 %endmacro
相关：
irq_table在global.c中进行定义：
PUBLIC irq_hander irq_tabel[NR_IRQ];
申明：extern irq_hander irq_table[]；在global.h
在type.h中增加对irq_handler的定义：typedef void (*irq_handler) (int irq)
const.h ：#define NR_IRQ 16
接下来，我们来初始化irq_table，先都初始化成spurious_irp：
在init_8259A函数中：
int i； for(i=0;i<NR_IRQ;i++LL） irq_table[i]=surious_irq;
现在，我们需要一个函数对irq_table[0]进行赋值：
44 PUBLIC void put_irq_handler(int irq, t_pf_irq_handler handler)
45 {
46 disable_irq(irq);这一句是必须的——进行中断处理之前，先关对应中断
47 irq_table[irq] = handler;
48 }
这里，你看到，我们使用了一个中断使能函数disable_irq，我们接下来看它和另外一个函数enable_irq的结构体。
123 ; ======================================================================== 124 ; void disable_irq(int irq); 125 ; ======================================================================== 126 ; Disable an interrupt request line by setting an 8259 bit. 127 ; Equivalent code for irq < 8: 128 ; out_byte(INT_CTLMASK, in_byte(INT_CTLMASK) | (1 << irq)); 129 ; Returns true iff the interrupt was not already disabled. 130 ; 131 disable_irq: 132 mov ecx, [esp + 4] ; irq 133 pushf 134 cli 135 mov ah, 1 136 rol ah, cl ; ah = (1 << (irq % 8)) 137 cmp cl, 8 138 jae disable_8 ; disable irq >= 8 at the slave 8259 139 disable_0: 140 in al, INT_M_CTLMASK 141 test al, ah 142 jnz dis_already ; already disabled? 143 or al, ah 144 out INT_M_CTLMASK, al ; set bit at master 8259 145 popf 146 mov eax, 1 ; disabled by this function 147 ret 148 disable_8: 149 in al, INT_S_CTLMASK 150 test al, ah 151 jnz dis_already ; already disabled? 152 or al, ah 153 out INT_S_CTLMASK, al ; set bit at slave 8259 154 popf 155 mov eax, 1 ; disabled by this function 156 ret 157 dis_already: 158 popf 159 xor eax, eax ; already disabled 160 ret 161相应的enable的代码我们省略，请读者自行看书讲解。
6.应用统一的中断处理范式
在main.c中，绑定中断处理程序到固定的引脚。
57 p_proc_ready = proc_table; 58 59 put_irq_handler(CLOCK_IRQ, clock_handler); /* 设定时钟中断处理程序 */ 60 enable_irq(CLOCK_IRQ); /* 让8259A可以接收时钟中断 */ 61 62 restart();在init_8259A中屏蔽所有的中断：out_byte(INT_M_CTLMASK,0xFF).
回过头来总结一下，我们是如何将中断处理流程范式化的：我们将寄存器恢复、堆栈切换ldt等操作提取出来，归到restart部分；将中断处理核心部分：打印相关信息和进程切换放到时钟中断处理句柄中；将上下文的保存、判断中断重入等放到save函数之中；为了防止时钟中断重入，我们在中断处理流程中加入中断使能控制语句；接下来，将时钟中断处理，推广到一般化的中断处理，将上述中断处理过程 封装成宏定义hwint_master。过程大致如此，可以看出，这是一个从特殊化到一般化的过程，也是我们避免代码臃肿和出错的良好方式。