Общим для реализации рассматриваемых основных механизмов является необходимость сохранения состояния текущего потока с его последующим восстановлением. Для этого в ОС Windows используется механизм ловушек (trap). В случае возникновения требующего обработки события (прерывания, исключения или вызова системного сервиса) процессор переходит в привилегированный режим и передает управление обработчику ловушек, входящему в состав ядра. Обработчик ловушек создает в стеке ядра (о стеке ядра см. лекцию 5 ) прерываемого потока фрейм ловушки, содержащий часть контекста потока для последующего восстановления его состояния, и в свою очередь передает управление определенной части ОС, отвечающей за первичную обработку произошедшего события.
В типичном случае сохраняются и впоследствии восстанавливаются:
программный счетчик; регистр состояния процессора; содержимое остальных регистров процессора; указатели на стек ядра и пользовательский стек; указатели на адресное пространство, в котором выполняется поток (каталог таблиц страниц процесса). Эта информация специфицирована в структуре CONTEXT (файл winnt.h), и может быть получена пользователем с помощью функции GetThreadContext.
Адрес части ядра ОС, ответственной за обработку данного конкретного события определяется из вектора прерываний, который номеру события ставит в соответствие адрес процедуры его первичной обработки. Это оказывается возможным, поскольку все события типизированы и их число ограничено. Для асинхронных событий их номер определяется контроллером прерываний, а для синхронных - ядром. В [6] описана процедура просмотра вектора прерываний, который в терминологии корпорации Microsoft называется таблицей диспетчеризации прерываний (interrupt dispatch table, IDT), при помощи отладчика kd. Например, для x86 процессора прерыванию от клавиатуры соответствует номер 0x52, системным сервисам - 0x2e, а исключительной ситуации, связанной со страничной ошибкой, - 0xE (см. рис. 3.1рс. 3.1).
Рис. 3.1. Вектор прерываний (IDT)
После прохождения первичной обработки для каждого события предусмотрена процедура его последующей обработки другими частями ОС. Например, обработка системного сервиса (системного вызова) предполагает передачу управления по адресу 0x2e, где располагается диспетчер системных сервисов, которому через регистры EAX и EBX передаются номер запрошенного сервиса и список параметров, передаваемых этому системному сервису.
То же самое происходит в случае возникновения исключений и прерываний. Простые исключения могут быть обработаны диспетчером ловушек, а более сложные обрабатываются диспетчером исключений, который может в случае возникновения исключения вернуть управление вызвавшему это исключение приложению. Это делается с помощью упомянутого выше аппарата структурной обработки исключений. Вторичная обработка прерывания обеспечивается драйверами соответствующих устройств.
В качестве примера рассмотрим процедуру обработки создания файла. Вызов Win32 функции CreateFile() генерирует передачу управления функции NtCreateFile исполнительной системы, ассемблерный код которой содержит следующие операции:
mov еах, Ox17 номер системного сервиса для NtCreateFile
mov ebx, esp
int Ox2E обработка системного сервиса
ret Ox2C возврат управления
Рисунок 3.2 иллюстрирует дальнейшую обработку данного сервиса.
Рис. 3.2. Пример обработки системного вызова (системного сервиса).