Interrupts und Ausnahmen sind sehr wichtige Konzepte im Betriebssystemkernel. Sie ermöglichen es dem Prozessor, bei der Ausführung von Aufgaben rechtzeitig auf externe Ereignisse oder interne Fehler zu reagieren. In diesem Artikel werden die Konzepte, Verarbeitungsverfahren von Interrupts und Ausnahmen sowie Programmierpraktiken im Linux-Kernel vorgestellt und entsprechende Quellcodebeispiele bereitgestellt.
1. Das Konzept der Unterbrechung und Ausnahme
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Interrupt: Interrupt bezieht sich auf ein Signal von einem externen Gerät oder einem anderen Programm, das verwendet wird, um den Prozessor darüber zu informieren, dass er die aktuelle Aufgabe sofort anhalten und zur Ausführung des Interrupt-Handlers übertragen muss. Interrupts können in zwei Typen unterteilt werden: Hardware-Interrupts und Software-Interrupts.
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Ausnahme: Eine Ausnahme bezieht sich auf ein unerwartetes Ereignis, das während der Programmausführung auftritt, z. B. Fehler bei der Division durch Null, ungültige Anweisungen usw. Ausnahmen führen dazu, dass der normale Programmablauf unterbrochen wird und stattdessen der Ausnahmebehandler ausgeführt wird.
2. Interrupt- und Ausnahmebehandlungsprozess
Im Linux-Kernel ist der Ablauf der Interrupt- und Ausnahmebehandlung wie folgt:
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Verarbeitungsablauf unterbrechen:
- Ein externes Gerät oder ein anderes Programm sendet ein Interrupt-Signal.
- Nachdem der Prozessor das Interrupt-Signal empfangen hat, unterbricht er sofort die Ausführung des aktuellen Befehls und speichert die aktuellen Kontextinformationen.
- Der Prozessor springt basierend auf der Art des Interrupt-Signals zum entsprechenden Interrupt-Handler.
- Nachdem die Ausführung des Interrupt-Handlers abgeschlossen ist, stellt der Prozessor die vorherigen Kontextinformationen wieder her und führt die unterbrochene Anweisung weiter aus.
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Ausnahmebehandlungsprozess:
- Während der Programmausführung tritt ein ungewöhnliches Ereignis auf, beispielsweise ein Fehler bei der Division durch Null.
- Der Prozessor unterbricht die Ausführung der aktuellen Anweisung und speichert die aktuellen Kontextinformationen.
- Der Prozessor springt zum entsprechenden Ausnahmebehandler.
- Nachdem der Ausnahmebehandler ausgeführt wurde, stellt der Prozessor die vorherigen Kontextinformationen wieder her und führt die nächste Anweisung weiter aus.
3. Interrupt- und Ausnahmeprogrammierungspraxis im Linux-Kernel
Im Linux-Kernel werden Interrupts und Ausnahmen durch Registrierung behandelt