Windows Internals学习笔记(四)Trap Dispatching

  参考资料:

  1. 《Windows Internals》

  知识点:

  ● 陷阱trap:它是一种处理器机制,用以在某一异常或中断出现时,捕捉该执行线程,并将其控制权转交到操作系统中某一固定位置。在Windows中,处理器将控制权转交到一个trap handler(一个针对特定中断或异常的函数)。

  ● 一个中断是一个异步的事件,它与正执行的处理器无关。主要由I/O设备、处理器和时钟触发,且可以打开或关闭。

  ● 一个异常属于一种同步的情况,通常是由于执行某一特殊执行而触发的。

  ● 内核将系统服务调用当作是异常,尽管在技术上,它们是系统trap。

  ● 当执行线程处于用户态,且异常或中断发生了,Windows会切换到该线程的内核态。Windows接下来会在内核栈上创建一个trap frame存储线程的执行状态。trap frame是线程完整上下文的子集,可在Kernel Debugger里键入dt nt!_ktrap_frame命令查看其定义。

  

            图1 frame的内容

  ● 内核安装interrupt trap handlers响应中断。ITH会将控制权交给一个ISR(interrupt service routine)或一个内核例程。设备驱动会提供处理该设备中断的ISR,而Kernel则提供处理其它类型的中断的例程。

  ● 硬件中断处理流程:①外部I/O中断传到中断控制器。②中断控制器中断处理器。③中断处理器被中断后,发送一个IRQ(interrupt request)请求到中断控制器。④中断控制器将IRQ翻译为一个中断号,并将该中断号作为IDT(interrupt dispatch table)的索引,然后将控制权交给合适的interrupt dispatch routine。我们可以通过!idt命令查看IDT的内容。

  

                  图2 IDT内容

  ● 每一个处理器有一个独立的IDT,因此,不同的处理器可以运行不同的ISR。

  

                图3 x86 APIC架构

  ● 使用!pic和!apic查看中断控制器的配置。

  

                图4 中断控制器配置

  ● 中断请求级:尽管中断控制器能中断优先化,但Windows强制使用自己的中断优先级方案IRQLs。尽管Kernel定义了软件中断的IRQL标准集,而HAL仍负责将硬件中断号映射为IRQL。

  ● 调度等级是线程的一个属性,而IRQL是中断源的一个属性。它们是不同的。

  ● IRQL值被保存在两个位置:PCR(processor control region)和PRCB(processor region control block)。

  

              图5 IRQL和PCR

  ● 可以使用!apciirqarb命令获得ACPI IRQ arbiter的信息。

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