С появлением ILE мониторинг и обработка исключений стали явно управляться пользователем MI. Мониторы исключений используются для отслеживания исключений. Существуют команды MI для включения и отключения мониторов исключений. Одновременно может быть включено несколько мониторов. У каждого из них свой приоритет, в соответствии с которым осуществляется поиск и обработка прерываний в том случае, если включено несколько мониторов. С каждым монитором всегда связана внешняя процедура ILE, обрабатывающая исключения.
SLIC поддерживает мониторинг и обработку как событий, так и исключений. В главе 5 мы говорили, что машина ведет мониторинг доступа к системным объектам. Если добавить к этому некоторые специальные команды PowerPC, то получится почти полное представление о масштабах этой функции. Контроль за исключениями осуществляется, в основном, аппаратурой, которая сообщает о них процедурам обработки исключений SLIC с помощью механизма прерываний PowerPC. В следующем разделе мы рассмотрим компонент управления исключениями SLIC.
Управление исключениями SLIC
Управление исключениями в SLIC заключается, в основном, в маршрутизации. Маршрутизация запускается механизмом прерываний PowerPC, когда аппаратура обнаруживает прерывание. После возникновения исключения все соответствующие компоненты SLIC получают возможность обработать его. Если исключение обработано, то процесс продолжается, как будто ничего не произошло. Если же исключение не обработано SLIC, то процесс завершается и исключение передается соответствующему обработчику исключений ILE.
Прерывания классифицируются по тому, вызваны ли они исполнением конкретной команды или каким-то другим событием в системе. В архитектуре PowerPC определено 15 типов прерываний. Пять прерываний генерируются аппаратно, а именно:
сброс системы (System Reset) — прерывание при выключении или включении системы;
машинная ошибка (Machine Check), служащая для сообщения об аппаратных сбоях;
внешнее (External) — прерывание, уведомляющее процессор о том, что некоторое событие за его пределами (например, ввод-вывод) требует внимания;
монитор производительности (Performance Monitor), при включенном мониторинге производительности уведомляющий процессор о событии, за которым ведется наблюдение;
уменьшитель (Decrementer), используемый таймерами и извещающий процессор об истечении некоторого интервала времени.
Некоторые прерывания генерируются в результате выполнения команд. Перечислим их.
Память данных (Data Storage) — это прерывание сообщает, что команда предприняла безуспешные попытки доступа к хранилищу данных. Используется для сигнализации о невозможности трансляции эффективного адреса (страничная ошибка), нарушении защиты памяти или переполнении эффективного адреса (ЕАО).
Память команд (Instruction Storage) аналогично прерыванию памяти данных, но вызывается попыткой выбрать команду для исполнения.
Ошибка прямого сохранения (Direct-Store Error) также аналогично прерыванию памяти данных, но возникает при обращении по адресу прямого сохранения (DS). Отметьте, что по этому адресу не может произойти страничная ошибка.
Выравнивание (Alignment) происходит при попытке обращения к операнду, который не выровнен на необходимую границу памяти.
Программное (Program) прерывание используется для сообщений типа попытки процессора выполнить привилегированную команду при отсутствии у пользователя соответствующих прав или попытки применить неверный код операции.
«Нет плавающей точки» (Floating-Point Unavailable) — прерывание с этим названием возникает при попытке выполнить команду с плавающей точкой, если разряд в MSR указывает, что процессор не может выполнять таких команд. Архитектура PowerPC позволяет отключать операции с плавающей точкой.
Поддержка плавающей точки (Floating-Point Assist) — это прерывание используется для программной поддержки относительно редко используемых и сложных операций с плавающей точкой.
Трассировка (Trace) — прерывание, генерируемое после успешного выполнения каждой трассируемой команды. Возможность пошаговой трассировки всех команд или переходов включается установкой разрядов в MSR.
Системный вызов (System Call) — прерывания этого типа достигаются исполнением соответствующей команды PowerPC. Подробней об этом — в следующем разделе.
Системный вызов по вектору (System Call Vectored) — тип прерывания, похожий на системный вызов. Эта команда, которая также описана в следующем разделе, аналогична команде системного вызова, но может передавать управление любой из 128 процедур.
Для обработки прерываний в SLIC предусмотрены специальные процедуры. Когда аппаратура обнаруживает прерывание, управление передается одному из обработчиков исключений первого уровня FLEH (First Level Exception Handlers). То, каким образом осуществляется аппаратная передача управления, будет рассмотрено далее. Если одна из процедур FLEH обработала исключение (в основном именно так и происходит), то управление возвращается к нормальной обработке команд.
Если исключение вызвано командой и не было обработано, то FLEH передает управление обработчику исключений второго уровня SLEH (Second Level Exception Handler). SLEH обрабатывает менее частые исключения, такие как исключение блокировки системного объекта. Он также отвечает за выделение исключений, которые не могут быть обработаны SLIC. Если необработанное исключение возникло, когда система исполняла команду, транслированную MI, то SLEH передает управление генератору исключений MI.
Если же необработанное исключение произошло при исполнении команды SLIC, то SLEH передает управление обработчику исключений третьего уровня TLEH (Third Level Exception Handler). TLEH получает управление от SLEH, от обработчика машинных ошибок (если таковая произошла при выполнении процедуры SLIC), или от любой другой процедуры SLIC, обнаружившей исключение.
Сначала TLEH вызывает обработчики исключений компонентов CSEH (Component Specific Exception Handlers), которые были установлены различными компонентами SLIC. CSEH используются для освобождения ресурсов, занятых выполнением некоторой операции, или для очистки частичных результатов неудавшейся операции, или исполнения кода, позволяющего продолжать работу при ошибке. CSEH, которые должны выполняться для данной задачи, определяются блоками CSEH, присоединенными к TDE задачи. Каждый блок CSEH содержит адрес процедуры CSEH, указатель стека и данные, необходимые этой процедуре. После выполнения всех CSEH задачи управление возвращается обратно TLEH.
Затем TLEH определяет, как быть с данным исключением. Если исключение произошло в задаче SLIC, которая не является частью какого-либо процесса MI, то задача уничтожается. Если же исключение произошло в задаче, выполняющейся как часть процесса MI, то управление передается генератору исключений MI.
Генератор исключений MI подготавливает данные для сообщения процессу, выполняет некоторые операции очистки и отправляет сообщение в пространство очередей соответствующего процесса.
Аппаратное переключение контекста
Так как только что описанным процедурам обработки исключений может потребоваться доступ к привилегированным командам PowerPC, механизм прерываний должен иметь возможность переключать состояние процессора при передаче управления одной из таких процедур. Обычно говорят, что в этом случае происходит переключение контекста процессора. Контекст — это состояние процессора относительно привилегий, перемещения, защиты памяти, 64-разрядного режима и т. д.
В дополнение к простому переключению, механизм прерываний должен выполнять синхронизацию контекста. Синхронизация означает, что аппаратура процессора обязана гарантировать завершение выполнения всех команд, запущенных до прерывания, в том же контексте, в котором они были запущены. Команды, следующие после этой операции, должны выбираться и исполняться в новом контексте.
В главе 8 мы рассматривали регистр состояния машины (MSR) и значение некоторых его битов. Архитектура PowerPC определяет для MSR и некоторые другие биты, описанные в предыдущем разделе. Оставшиеся биты рассматриваться не будут, так как не относятся к обсуждаемой теме. Здесь лишь важно понимать, что значения всех битов MSR определяют контекст процессора. Значения битов могут измениться при прерывании процессора.
Если при вызове процедуры SLIC необходимо изменить контекст процессора, то может быть использована команда «Системный вызов» («sc»). Эта команда в транслированных программах MI позволяет обратиться за обслуживанием к компонентам ОС в SLIC. Как мы только что упоминали, при исполнении команды «sc» процессор генерирует прерывание системного вызова. Читатели, знакомые с System/370, могут заметить, что этим команда «sc» в PowerPC очень похожа на команду «Вызов супервизора» («SVC») в архитектуре System/370. Архитектура PowerPC ведет свою родословную от разработанного в середине 70-х миникомпьютера 801, архитектура которого создавалась под большим влиянием мэйнфреймов System/370. В некотором роде и MSR — аналог «Слова состояния программы» («PSW») System/370.
