操作系统——认识认识保护模式（三）中断
实验目标：理解中断与异常机制的实现机理
实验内容：
- 理解中断与异常的机制
- 调试8259A的编程基本例程
- 调试时钟中断例程
- 建立IDT，实现一个自定义的中断，功能可自定义，如特定键盘组合触发某个动作、电子钟、自己游走的字符显示、蜂鸣器等
- 了解IOPL的作用
实验过程：
- 理解中断与异常的机制
- 调试8259A的编程基本例程
- 调试时钟中断例程
- 建立IDT，实现一个自定义的中断，功能可自定义，如特定键盘组合触发某个动作、电子钟、自己游走的字符显示、蜂鸣器等
- 了解IOPL的作用
实验：
1.什么是中断，什么是异常
中断是CPU暂停当前工作，有计划地去处理其他的事情。中断的发生一般是可以预知的，处理的过程也是事先制定好的。处理中断时程序是正常运行的。
而异常是CPU遇到了无法响应的工作，而后进入一种非正常状态。异常的出现表明程序有缺陷。
实际上，它们都是程序执行过程中的强制性转移，转移到相应的处理程序。
2.8259A的工作原理是怎样的？
8259A结构如上图。
通过初始化编程向8259A写入相应的初始化命令ICW，可以使芯片处于一个规定的基本工作方式，并在此方式下进行工作。8259A的初始化命令字共有4个ICW1-ICW4，进行初始化时要求ICW1-ICW4按一定的顺序写入。
首先，一个外部中断请求信号通过中断请求线IRQ，传输到IMR（中断屏蔽寄存器），IMR根据所设定的中断屏蔽字（OCW1），决定是将其丢弃还是接受。
如果可以接受，则8259A将IRR（中断请求暂存寄存器）中代表此IRQ的位置位，以表示此IRQ有中断请求信号，并同时向CPU的INTR（中断请求） 管脚发送一个信号，但CPU这时可能正在执行一条指令，因此CPU不会立即响应，而当这CPU正忙着执行某条指令时，还有可能有其余的IRQ线送来中断请求，这些请求都会接受IMR的挑选，如果没有被屏蔽，那么这些请求也会被放到IRR中，也即IRR中代表它们的IRQ的相应位会被置1。
当CPU执行完一条指令时后，会检查一下INTR管脚是否有信号，如果发现有信号，就会转到中断服务，此时，CPU会立即向8259A芯片的INTA（中断应答）管脚发送一个信号。当芯片收到此信号后，判优部件开始工作，它在IRR中，挑选优先级最高的中断，将中断请求送到ISR（中断服务寄存器），也即将ISR中代表此IRQ的位置位，并将IRR中相应位置零，表明此中断正在接受CPU的处理。同时，将它的编号写入中断向量寄存器IVR的低三位（IVR正是由ICW2所指定的，不知你是否还记得ICW2的最低三位在指定时都是0，而在这里，它们被利用了！）这时，CPU还会送来第二个INTA信号，当收到此信号后，芯片将IVR中的内容，也就是此中断的中断号送上通向CPU的数据线。
3.如何建立IDT，如何实现一个自定义的中断
1）将idt放入一个单独的段中
定义了idt所对应的中断向量的偏移，即为图中红色框圈出的部分。
2）定义偏移定义
分别对应上图两个中断处理程序。其功能为在时钟中断到来时，将[gs:((80 * 0 + 70)*2]位置的字符串值增1，并以其字符串所对应的值作为行数，将新获得的字符串打印到对应行。
3）调用中断，开中断
结果如下：
可能是寄存器操作的时候出现失误，不小心更改了背景颜色和字符串颜色，但其打印过程是根据时钟进行的，可见时钟中断调用是顺利的。
4.如何控制时钟中断
核心思路就是在idt表中，将中断向量号单独写出来，对应一个中断处理的函数，在函数里定义时钟中断的处理过程：
中断处理程序：
中断处理程序并不仅仅只有一个，用户可以自定义多个程序。在遇到不同中断向量号的时候使用不同的中断处理方式可以提高CPU处理效率。
5.IOPL的作用与基本机理
（1）IOPL的作用：
保护模式通过IOPL和I/O许可位图来限制用户进程进行的I/O操作。IOPL是I/O保护机制的关键之一，位于寄存器eflags的第12、13位。指令in、ins、out、outs、cli、sti只有在CPL <= IOPL时才能执行。这些指令被称为I/O敏感指令（I/O Sensitive Instructions）。如果低特权级的指令试图访问这些I/O敏感指令将会导致常规保护错误（#GP）。
（2）IOPL的运行机理：
I/O位图基址是一个以TSS的地址为基址的偏移，指向的便是I/O许可位图。之所以叫做位图，是因为它的每一位表示一个字节的端口地址是否可用。如果某一位为0，则表示此位对应的端口号可用，为1则不可用。由于每一个任务都可以有单独的TSS，所以每一个任务可以有它单独的I/O许可位图。
比如，有一个任务的TSS是这样的：
由于I/O许可位图开始有12字节内容为0FFh，即有12×8=96位被置为1，所以从端口00h到5Fh共96个端口地址对此任务不可用。
同理，接下来的1字节只有第1位（从0开始数）是0，表示这一位对应的端口（61h）可用。
如果I/O位图基址大于或等于TSS段界限，就表示没有I/O许可位图，如果CPLIOPL，则所有I/O指令都会引起异常。I/O许可位
图的使用使得即便在同一特权级下不同的任务也可以有不同的I/O访问权限。