Software-Interrupt
Ein Software-Interrupt ist ein expliziter Aufruf einer Unterfunktion (meist einer Betriebssystem-Funktion).<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> Er hat nichts mit einem Interrupt (asynchrone Unterbrechung) zu tun, obwohl häufig der gleiche Sprungverteiler (Interrupt-Tabelle) benutzt wird. Solche Funktionsaufrufe werden von Programmen mit Hilfe von speziellen architekturabhängigen Befehlen aufgerufen. Dazu muss die Nummer für die benötigte Unterfunktion bekannt sein. Diese Nummer wird als Index in einer Sprungtabelle (meist Interrupt-Vektor-Tabelle) verwendet, die die Startadresse des Unterprogrammes enthält.
Mnemonics
Übliche Mnemonics sind:
- BKPT (Breakpoint bei Motorola 68000)<ref>MOTOROLA M68000 FAMILY PROGRAMMER’S REFERENCE MANUAL. Motorola Inc. 1992, Seite 4-53, <templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />{{#if:20230327005627
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}}
}}</ref>
- INT xxh (Interrupt bei Intel 8086)
- RST p (Restart at p bei Zilog Z80)<ref>Rodnay Zaks: PROGRAMMING THE Z80. Sybex Inc. 1979, 1981, ISBN 0-89588-094-6, Seiten 182 und 417. http://www.z80.info/zip/programming_the_z80_3rd_edition.pdf</ref>
- SC xxh (System Call bei Zilog Z8000)
- TRAP xh (Trap bei Motorola 68000)<ref>MOTOROLA M68000 FAMILY PROGRAMMER’S REFERENCE MANUAL. Motorola Inc. 1992, Seite 4-188, <templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />{{#if:20230327005627
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}}</ref>
- CALL 0005h (CP/M-80, der Intel 8080 hatte keinen speziellen Befehl dafür)
- ecall (Environment Call bei RISC-V)<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:Andrew Waterman, Krste Asanović, RISC-V Foundation|Andrew Waterman, Krste Asanović, RISC-V Foundation: }}{{#if:|{{#if:The RISC-V Instruction Set Manual, Volume I: User-Level ISA, Document Version 20191213|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=The RISC-V Instruction Set Manual, Volume I: User-Level ISA, Document Version 20191213}}]{{#if:pdf| (pdf)}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://github.com/riscv/riscv-isa-manual/releases/download/Ratified-IMAFDQC/riscv-spec-20191213.pdf%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=The RISC-V Instruction Set Manual, Volume I: User-Level ISA, Document Version 20191213}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://github.com/riscv/riscv-isa-manual/releases/download/Ratified-IMAFDQC/riscv-spec-20191213.pdf}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=The RISC-V Instruction Set Manual, Volume I: User-Level ISA, Document Version 20191213}}}}]}}{{#if:pdf| (pdf{{#if:2019-12-1327{{#if: 2023-07-18 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}
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Hintergründe
Ursprünglich nur als bequemer und portabler Sprungverteiler (MS-DOS) verwendet – man vermied damit versionsabhängige Einsprünge direkt in den Betriebssystem-Code (z. B. JSR $EDB9) – haben diese Funktionsaufrufe bei modernen Betriebssystemen weitere Funktionen bekommen. Mit diesen Befehlen sind Context- und Task-Wechsel möglich, die sich mit klassischen Befehlen (absichtlich) nicht realisieren lassen. So lässt sich der INT 21h unter MS-DOS auch durch klassische Befehle (ca. 20 Stück) nachbilden, allerdings nicht mehr der INT 80h, der zum Aufruf von Betriebssystemfunktionen in Unix-Binaries verwendet wird.
Diese Technik ermöglicht erst geschützte Betriebssysteme, da der Wechsel in den Kontext des Betriebssystems nur an genau definierten Stellen erfolgen kann.
Beispiel für Aufruf (Unix, Intel i386)
Es soll die POSIX-Funktion read (Lesen von Daten von einem Filehandle in den Speicher) implementiert werden: <syntaxhighlight lang="cpp">
read ( int FileHandle, void* Buffer, unsigned int BufferLength ) ;
</syntaxhighlight>
Die (Minimal-)Implementierung (in der libc) sieht dann so aus: <syntaxhighlight lang="asm" style="border: dashed 1px #2F6FAB; padding: 1em">
- Intel-Syntax
- Instruktion Ziel Quelle
read proc
push ebx ; Sichern des Inhalts des Registers ebx auf den Stack
push ecx ; Sichern des Inhalts des Registers ecx auf den Stack
push edx ; Sichern des Inhalts des Registers edx auf den Stack
mov ebx, [esp+16] ; FileHandle
mov ecx, [esp+20] ; Buffer
mov edx, [esp+24] ; BufferLength
mov eax, 0003h ; Funktionnummer für read
int 80h ; Interruptaufruf
pop edx ; Zuvor gesicherte Inhalte werden in umgekehrter Reihenfolge vom Stack
; zurück in die entsprechenden Register kopiert
pop ecx
pop ebx
cmp eax, -124 ; Werte von 0...0FFFFFF84h sind Rückgabewerte, -123...-1 sind (negierte) Fehlernummern
jbe .noError
neg eax ; Aus Rückgabewerten -1...-123 werden die Fehlernummern 1...123
mov __errno, eax ; Fehler in errno abspeichern
mov eax, -1
.noError:
ret
end proc
</syntaxhighlight>
Behandlung vom Prozessor und Betriebssystem
Der Befehl INT 80h bewirkt folgendes:
- Da der Sprung über ein Call Gate geht, findet ein Wechsel des Prioritätslevel von 3 (User) auf 0 (Kernel) statt,
- dann wird durch den Prozessor vom Userspace-Stack auf den Kernelspace-Stack umgeschaltet,
- dann das Flagregister gerettet und
- schließlich erfolgt ein Sprung zu einer vom Betriebssystem hinterlegten Adresse.
Die erste Aktion im Kernel ist das Abspeichern und Testen der Argumente:
- Darf der Prozess den Speicherbereich zwischen Buffer und Buffer+BufferLength-1 beschreiben?
- wenn nein ⇒ EFAULT
- Ist der FileHandle für diesen Prozess gültig?
- wenn nein ⇒ EBADF
- Ist der Speicherbereich zwischen Buffer und Buffer+BufferLength-1 im Hauptspeicher?
- …
Ein ungenügender Test der Argumente war Anfang bis Mitte der 1990er Jahre noch üblich. Das Aufrufen von Systemfunktionen mit rein zufälligen Werten reichte aus, um Betriebssysteme zu „crashen“, das Testprogramm crashme konnte das eindrucksvoll zeigen. Heutzutage ist jedes Betriebssystem um Größenordnungen resistenter gegen solche Angriffe. Mit zufälligen Werten sind keine Angriffe mehr möglich, dafür sind ausgefeilte Szenarien notwendig.
Am Ende hat der Kernel den Funktionsaufruf abgearbeitet und gibt mittels IRET die Kontrolle wieder an das Programm zurück. Der Rücksprung erfolgt wieder über ein Call Gate.
- Rücksprungadresse vom Stack holen
- Flagregister rekonstruieren
- Auf Userspace-Stack zurückschalten
- Prioritätslevel wieder auf 3 setzen
Siehe auch
Einzelbelege
<references />
Kategorien:
- Wikipedia:Vorlagenfehler/Vorlage:Webarchiv
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- Wikipedia:Vorlagenfehler/Parameter:URL
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