LAB1:中断机制
中断(interrupt)机制,就是不管CPU现在手里在干啥活,收到“中断”的时候,都先放下来去处理其他事情,处理完其他事情可能再回来干手头的活。
例如,CPU要向磁盘发一个读取数据的请求,由于磁盘速度相对CPU较慢,在“发出请求”到“收到磁盘数据"之间会经过很多时间周期,如果CPU干等着磁盘干活就相当于CPU在磨洋工。因此我们可以让CPU发出读数据的请求后立刻开始干另一件事情。但是,等一段时间之后,磁盘的数据取到了,而CPU在干其他的事情,我们怎么办才能让CPU知道之前发出的磁盘请求已经完成了呢?我们可以让磁盘给CPU一个“中断”,让CPU放下手里的事情来接受磁盘的数据。
再比如,为了保证CPU正在执行的程序不会永远运行下去,我们需要定时检查一下它是否已经运行“超时”。想象有一个程序由于bug进入了死循环,如果CPU一直运行这个程序,那么其他的所有程序都会因为等待CPU资源而无法运行,造成严重的资源浪费。但是检查是否超时,需要CPU执行一段代码,也就是让CPU暂停当前执行的程序。我们不能假设当前执行的程序会主动地定时让出CPU,那么就需要CPU定时“打断”当前程序的执行,去进行一些处理,这通过时钟中断来实现。
从这些描述我们可以看出,中断机制需要软件硬件一起来支持。硬件进行中断和异常的发现,然后交给软件来进行处理。回忆一下组成原理课程中学到的各个控制寄存器以及他们的用途(下一小节会进行简单回顾),这些寄存器构成了重要的硬件/软件接口。由此,我们也可以得到在一般OS中进行中断处理支持的方法:
  • 编写相应的中断处理代码
  • 在启动中正确设置控制寄存器
  • CPU捕获异常
  • 控制转交给相应中断处理代码进行处理
  • 返回正在运行的程序
由于中断处理需要进行较高权限的操作,中断处理程序一般处于内核态,或者说,处于“比被打断的程序更高的特权级”。注意,在RISCV里,中断(interrupt)和异常(exception)统称为"trap"。
这次实验就一起来看一下ucore是如何支持中断处理的。
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