汇编写像素中断_自学程序快速学习linux之中断

不念不忘少年蓝@ 2022-10-24 01:56 253阅读 0赞

零

文章概要

** 壹 ****前言**

**    ****贰**** 用户态和内核态**

**叁**** 硬中断和软中断**

**    ****肆 ****从汇编代码看中断**

** ****伍 ****总结**

壹

前言

和往常一样，我们碰到过于复杂的知识点直接用封装代替，不过渡深究，本篇文章主要浅显地探讨下中断的大概流程，了解系统调用和中断的关系，最后只要知道频繁的系统调用将会比较耗费时间就行了。

贰

用户态和内核态

从前边写的linux内存管理文章中，我们知道每个用户进程独享一份虚拟空间，而进程的虚拟空间又被分为很多段，其中有一段为内核段，但是实际上linux的内核进程只有一个，下图所示为一个进程的虚拟内存空间，让该进程产生一种独享内存与内核的错觉。

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接下来我们只需要知道一点，当一个用户进程想要操作物理内存和外部设备时，都不是这个进程去实际操作的，都是内核进程在幕后进行操作。而这个过程就叫做**从用户态转为内核态**。我们从内存管理的文章中也可以知道，这么做其实是为了安全(或许有其他原因，不过我们不用care)，不能让用户进程随意的操作内存，操作外设，厉害的程序员可以直接干掉整个系统。**从用户态转为内核态这个操作，是由软中断来实现的，这个操作也被叫做系统调用(system call)。**

叁

硬中断与软中断

当我们执行N个进程的时候，忽然有个进程急需进行某种操作，可是此时还没轮到它运行，于是它就需要发出某种信号，打断操作系统当前做的事情，转而对它的事情紧急处理，这就是**中断**。由计算机外部设备，比如键盘，鼠标，还有一些什么时钟触发进程切换啥的，都是**硬中断**，这个和我们编码无关。不讨论了。软中断就是我们刚刚提到的系统调用。每当我们的用户进程想要使用计算机物理设备时，都必须先和内核打交道，将想要干的事情告诉内核，让它去实操。这个中断有一个专门的编号 **int 0x80** ，那么内核怎么知道你这次到来的是什么中断呢。不用想，肯定也是**维护了那么一份数据结构(中断向量表)**，通过传过来的参数，内核查表就可以知道你这次要干什么。

**而对于0x80中断，内核也维护了那么一份数据结构，用来记录软中断中的不同的请求，比如读请求，写请求等**。例如一个java程序想要从网卡读取信息(网络IO)，代码中肯定就是我们平时用到的输入流，调用read()方法，再转而调用本地C库的read()方法，进而发起系统调用，由内核程序进行sys\_read()到指定内存页;

肆

从汇编代码看中断

接下来我们通过一段简单的汇编看看，一个write过程在linux中是怎么执行的。下图所示为汇编程序。我们想要往屏幕上输出一个字符串，**linux中，每个进程都有一个标准输入，标准输出，报错输出**，他们分别被一个文件描述符所指向。从我们之前的**linux虚拟文件系统**，**我们知道linux把一切东西都看成是文件，屏幕等外设也不例外，而每个打开的文件都会配置一个文件描述符，当然一个文件可以被打开多次，这样就会有多个文件描述符指向这个文件。**而本次我们要告诉内核进程，我们要往文件描述符为1的地方输出东西，那么内核自然就会给我们打印到屏幕上。当前进程就是我们打开的这个shell程序，也就是这个命令行界面。同时我们还需要告诉内核本次操作为write操作，用4号代表。**然后代码执行到int 0x80，发起系统调用，切换到内核态，内核会去自己维护的数据结构表中查找指定代号代表的什么意思，然后进行相应的操作**。

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结果如下图所示，字符串被打印到shell屏幕中。同时我们顺便看下当前进程中的一些详细信息，**使用lsof指令，$$ 指的就是当前shell进程。我们可以看到确实有个代号为1的文件描述符(以后会单独对这个文件描述符进行讲解)。**

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伍

总结

总之，在平时的java代码中，并不会涉及上述知识，本篇文章主要强调，用户态无法对真实的计算机进行操作，需要切换到内核态进行实际操作，这个切换过程是通过软中断，系统调用实现的，而既然进行了进程切换，那么肯定需要经历，保护现场，中断处理，恢复现场这个操作，频繁这么做将会是一笔不小的时间开销。**有了前面这些个基础，我们将可以探讨IO模型进化历程，也就是那些BIO，NIO，多路复用器(selector，poll，epoll)**。

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