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uCore OS(on RISC-V64)实验指导书
  • Introduction
  • LAB0:ready~go!
    • 实验目的
    • 实验内容
    • 前导知识
      • 了解uCore
      • 了解RISC-V
      • 了解OS实验
      • 了解实验环境
      • 了解开发调试基本工具
      • 了解硬件模拟器
    • 配置环境
      • 安装虚拟环境
      • 安装开发工具
      • 安装硬件模拟器
      • 安装调试工具
  • LAB0.5:最小可执行内核
    • 实验目的
    • 实验内容
    • 练习
    • 内存布局
    • 链接脚本
    • 真正的入口点
    • 从SBI到stdio
    • 编译运行
    • 项目组成与执行流
  • LAB1:中断机制
    • 实验目的
    • 实验内容
    • 练习
    • RISC-V中断相关
    • 上下文处理
    • 中断处理程序
    • 时钟中断
    • 项目组成与执行流
  • LAB2:物理内存管理
    • 实验目的
    • 实验内容
    • 练习
    • 地址与页表
    • 物理内存探测
    • 以页为单位管理物理内存
    • 页面分配算法
    • 项目组成与执行流
  • LAB3:虚拟内存管理
    • 实验目的
    • 实验内容
    • 练习
    • 页面置换
    • PageFault
    • 使用多级页表
    • 页面置换机制
    • FIFO置换算法
    • 项目组成与执行流
  • LAB4:进程管理
    • 实验目的
    • 实验内容
    • 练习
    • 进程与线程
    • 相关结构体
    • 进程模块初始化
    • 进程切换
    • 项目组成与执行流
  • LAB5:用户程序
    • 实验目的
    • 实验内容
    • 练习
    • 用户进程
    • 用户程序
    • 创建并执行用户进程
    • 系统调用
    • 用户进程的退出和等待
    • 项目组成与执行流
  • LAB6:进程调度
    • 实验目的
    • 实验内容
    • 练习
    • 进程状态
    • 再次认识进程切换
    • 调度算法框架
    • 项目组成与执行流
  • LAB7:同步互斥
    • 实验目的
    • 实验内容
    • 练习
    • 同步互斥的基本概念
    • 信号量
    • 条件变量与管程
    • 项目组成与执行流
  • LAB8:文件系统
    • 实验目的
    • 实验内容
    • 练习
    • 文件系统介绍
    • 文件系统抽象层VFS
    • 硬盘文件系统SFS
    • 设备即文件
    • 从中断到终端
    • 项目组成与执行流
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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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最后更新于4年前

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