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Micron Document

<!DOCTYPE html>

<title>Software-Interrupt</title>

</head>

<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading">Software-Interrupt</h1>

</header>

</div>

Ein Software-Interrupt ist ein expliziter Aufruf einer Unterfunktion (meist einer Betriebssystem-Funktion).<a href="#cite_note-1">[1]</a> Er hat nichts mit einem <a href="Interrupt" title="Interrupt">Interrupt</a> (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.

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Mnemonics">Mnemonics</h2></div>

Übliche <a href="Assemblersprache#Mnemonic" title="Assemblersprache">Mnemonics</a> sind:

<ul><li>BKPT (Breakpoint bei <a href="Motorola_68000" title="Motorola 68000">Motorola 68000</a>)<a href="#cite_note-2">[2]</a></li>

<li>INT xxh (Interrupt bei <a href="Intel_8086" title="Intel 8086">Intel 8086</a>)</li>

<li>RST p (Restart at p bei <a href="Zilog_Z80" title="Zilog Z80">Zilog Z80</a>)<a href="#cite_note-3">[3]</a></li>

<li>SC xxh (System Call bei <a href="Zilog_Z8000" title="Zilog Z8000">Zilog Z8000</a>)</li>

<li>TRAP xh (Trap bei <a href="Motorola_68000" title="Motorola 68000">Motorola 68000</a>)<a href="#cite_note-4">[4]</a></li>

<li>CALL 0005h (<a href="CP/M" title="CP/M">CP/M-80</a>, der <a href="Intel_8080" title="Intel 8080">Intel 8080</a> hatte keinen speziellen Befehl dafür)</li>

<li>ecall (Environment Call bei <a href="RISC-V" title="RISC-V">RISC-V</a>)<a href="#cite_note-5">[5]</a></li>

<li>svc (Supervisor Call bei <a href="ARM-Architektur" title="ARM-Architektur">ARM</a>)<a href="#cite_note-6">[6]</a></li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Hintergründe">Hintergründe</h2></div>

Ursprünglich nur als bequemer und portabler Sprungverteiler (<a href="MS-DOS" title="MS-DOS">MS-DOS</a>) verwendet – man vermied damit versionsabhängige Einsprünge direkt in den Betriebssystem-Code (z. B. <code>JSR $EDB9</code>) – 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 <code>INT 21h</code> unter MS-DOS auch durch klassische Befehle (ca. 20 Stück) nachbilden, allerdings nicht mehr der <code>INT 80h</code>, der zum Aufruf von Betriebssystemfunktionen in <a href="Unix" title="Unix">Unix</a>-Binaries verwendet wird.

Diese Technik ermöglicht erst geschützte Betriebssysteme, da der Wechsel in den Kontext des Betriebssystems nur an genau definierten Stellen erfolgen kann.

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Beispiel_für_Aufruf_(Unix,_Intel_i386)">Beispiel für Aufruf (Unix, Intel i386)</h2></div>

Es soll die POSIX-Funktion read (Lesen von Daten von einem Filehandle in den Speicher) implementiert werden:

<div class="mw-highlight mw-highlight-lang-cpp mw-content-ltr" dir="ltr"><pre> read ( int FileHandle, void* Buffer, unsigned int BufferLength ) ;

</pre></div>

Die (Minimal-)Implementierung (in der libc) sieht dann so aus:

<div style="border: dashed 1px #2F6FAB; padding: 1em" class="mw-highlight mw-highlight-lang-asm mw-content-ltr" dir="ltr"><pre>; 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

</pre></div>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Behandlung_vom_Prozessor_und_Betriebssystem">Behandlung vom Prozessor und Betriebssystem</h2></div>

Der Befehl <code>INT 80h</code> bewirkt folgendes:

<ul><li>Da der Sprung über ein Call Gate geht, findet ein Wechsel des Prioritätslevel von 3 (User) auf 0 (<a href="Kernel_(Betriebssystem)" title="Kernel (Betriebssystem)">Kernel</a>) statt,</li>

<li>dann wird durch den Prozessor vom Userspace-Stack auf den Kernelspace-Stack umgeschaltet,</li>

<li>dann das Flagregister gerettet und</li>

<li>schließlich erfolgt ein Sprung zu einer vom Betriebssystem hinterlegten Adresse.</li></ul>

Die erste Aktion im Kernel ist das Abspeichern und Testen der Argumente:

<ul><li>Darf der Prozess den Speicherbereich zwischen Buffer und Buffer+BufferLength-1 beschreiben?

<ul><li>wenn nein ⇒ EFAULT</li></ul></li>

<li>Ist der FileHandle für diesen Prozess gültig?

<ul><li>wenn nein ⇒ EBADF</li></ul></li>

<li>Ist der Speicherbereich zwischen Buffer und Buffer+BufferLength-1 im Hauptspeicher?</li>

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 „<a href="Absturz_(Computer)" title="Absturz (Computer)">crashen</a>“, 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 <code>IRET</code> die Kontrolle wieder an das Programm zurück. Der Rücksprung erfolgt wieder über ein Call Gate.

<ul><li>Rücksprungadresse vom Stack holen</li>

<li>Flagregister rekonstruieren</li>

<li>Auf Userspace-Stack zurückschalten</li>

<li>Prioritätslevel wieder auf 3 setzen</li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Siehe_auch">Siehe auch</h2></div>

<ul><li><a href="Systemaufruf" title="Systemaufruf">Systemaufruf</a></li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelbelege">Einzelbelege</h2></div>

<li id="cite_note-1"><a href="#cite_ref-1">↑</a> Jörg Wiegelmann: <cite style="font-style:italic">Softwareentwicklung in C für Mikroprozessoren und Mikrocontroller: C-Programmierung für Embedded-Systeme</cite>. 7. Auflage. VDE Verlag GmbH, Berlin/Offenbach 2017, ISBN 978-3-8007-4328-5, S. 82–83.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Software-Interrupt&rft.au=J%C3%B6rg+Wiegelmann&rft.btitle=Softwareentwicklung+in+C+f%C3%BCr+Mikroprozessoren+und+Mikrocontroller%3A+C-Programmierung+f%C3%BCr+Embedded-Systeme&rft.date=2017&rft.edition=7&rft.genre=book&rft.isbn=9783800743285&rft.pages=82-83&rft.place=Berlin%2FOffenbach&rft.pub=VDE+Verlag+GmbH" style="display:none">

</li>

<li id="cite_note-2"><a href="#cite_ref-2">↑</a> MOTOROLA M68000 FAMILY PROGRAMMER’S REFERENCE MANUAL. Motorola Inc. 1992, Seite 4-53, <style data-mw-deduplicate="TemplateStyles:r261891140">

/* start https://de.wikipedia.org/ */

.mw-parser-output .webarchiv-memento a{color:inherit}

/* end https://de.wikipedia.org/ */

</style><a rel="nofollow" class="external text" href="https://web.archive.org/web/20230327005627/https://www.nxp.com/files-static/archives/doc/ref_manual/M68000PRM.pdf">Archivierte Kopie</a> (<a href="Webarchivierung#Begrifflichkeiten" title="Webarchivierung">Memento</a> vom 27. März 2023 im <a href="Internet_Archive" title="Internet Archive">Internet Archive</a>)

</li>

<li id="cite_note-3"><a href="#cite_ref-3">↑</a> Rodnay Zaks: PROGRAMMING THE Z80. Sybex Inc. 1979, 1981, ISBN 0-89588-094-6, Seiten 182 und 417. <a rel="nofollow" class="external free" href="http://www.z80.info/zip/programming_the_z80_3rd_edition.pdf">http://www.z80.info/zip/programming_the_z80_3rd_edition.pdf</a>

</li>

<li id="cite_note-4"><a href="#cite_ref-4">↑</a> MOTOROLA M68000 FAMILY PROGRAMMER’S REFERENCE MANUAL. Motorola Inc. 1992, Seite 4-188, <a rel="nofollow" class="external text" href="https://web.archive.org/web/20230327005627/https://www.nxp.com/files-static/archives/doc/ref_manual/M68000PRM.pdf">Archivierte Kopie</a> (<a href="Webarchivierung#Begrifflichkeiten" title="Webarchivierung">Memento</a> vom 27. März 2023 im <a href="Internet_Archive" title="Internet Archive">Internet Archive</a>)

</li>

<li id="cite_note-5"><a href="#cite_ref-5">↑</a> Andrew Waterman, Krste Asanović, RISC-V Foundation: <a rel="nofollow" class="external text" href="https://github.com/riscv/riscv-isa-manual/releases/download/Ratified-IMAFDQC/riscv-spec-20191213.pdf">The RISC-V Instruction Set Manual, Volume I: User-Level ISA, Document Version 20191213.</a> (pdf) 13. Dezember 2019, S. 27, abgerufen am 18. Juli 2023 (englisch).<span style="display: none;" class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Adc&rfr_id=info%3Asid%2Fde.wikipedia.org%3ASoftware-Interrupt&rft.title=The+RISC-V+Instruction+Set+Manual%2C+Volume+I%3A+User-Level+ISA%2C+Document+Version+20191213&rft.description=The+RISC-V+Instruction+Set+Manual%2C+Volume+I%3A+User-Level+ISA%2C+Document+Version+20191213&rft.identifier=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Friscv%2Friscv-isa-manual%2Freleases%2Fdownload%2FRatified-IMAFDQC%2Friscv-spec-20191213.pdf&rft.creator=Andrew+Waterman%2C+Krste+Asanovi%C4%87%2C+RISC-V+Foundation&rft.date=2019-12-13&rft.language=en">

</li>

<li id="cite_note-6"><a href="#cite_ref-6">↑</a> <a rel="nofollow" class="external text" href="https://developer.arm.com/documentation/ddi0406/c/Application-Level-Architecture/Instruction-Details/Alphabetical-list-of-instructions/SVC--previously-SWI-?lang=en">ARM Architecture Reference Manual ARMv7-A and ARMv7-R edition: SVC (previously SWI).</a> In: Documentation – Arm Developer. Arm Limited, 2022, abgerufen am 15. Dezember 2023 (englisch).<span style="display: none;" class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Adc&rfr_id=info%3Asid%2Fde.wikipedia.org%3ASoftware-Interrupt&rft.title=ARM+Architecture+Reference+Manual+ARMv7-A+and+ARMv7-R+edition%3A+SVC+%28previously+SWI%29&rft.description=ARM+Architecture+Reference+Manual+ARMv7-A+and+ARMv7-R+edition%3A+SVC+%28previously+SWI%29&rft.identifier=https%3A%2F%2Fdeveloper.arm.com%2Fdocumentation%2Fddi0406%2Fc%2FApplication-Level-Architecture%2FInstruction-Details%2FAlphabetical-list-of-instructions%2FSVC--previously-SWI-%3Flang%3Den&rft.publisher=Arm+Limited&rft.date=2022&rft.language=en">

</li>

</ol></div><div><div class="zim-footer">

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