【汇编语言】12-1-debug单步调试的原理

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公粽号「专注Linux」，专注Linux内核开发

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一、单步调试debug的原理

1.问题引出

我们知道，CPU在执行程序的时候，是从CS：IP指向的某个地址开始，自动向下读取指令执行，也就是说，如果CPU不提供其他功能的话，就按照这中方式，CPU一加电，他就按照预设的地址开始一直执行下去，不可能有任何程序能控制他在执行完一条指令后停止，去做别的事情。

我们在使用debug的t命令的时候，有没有想过，Debug如何能让CPU在执行一条指令后，就显示各个寄存器的状态？或者我们在使用GDB调试代码时，使用-s命令又是如何逐步执行的呢？这似乎和CPU一直向下执行的工作方式相悖？

归根到底，Debug中调试这种逐步执行的能力，CPU是怎么实现的？

2.CPU的单步中断原理

这其实是CPU的**单步中断功能！**中断类型码为1

基本上，CPU在执行完一条指令后，如果检测到标志寄存器的TF位为1，则产生单步中断，引发中断过程。单步中断的中断类型码为1，他的中断过程如下：

（1） 取得中断类型码1；

（2）标志寄存器入栈，TF、IF设置为0
  
（3）CS、IP入栈
  
（4）（IP）=（1* 4）,（CS）=（1*4+2）

综上所属，如果TF=1，则执行一条指令后，CPU就要转去执行1号中断处理程序。

按照上文 【汇编语言】12-内中断+中断程序实战
的说法，TF=1其实就是中断信息源，CPU检测到这个信息源后，就会找到中断类型码(这里是1)，对应索引的中断向量表中的表项，这里即0000:0004~0000:0005存放偏移地址,0000:0006:0000:0007存放段地址。然后再跳转到该组合地址下的中断处理程序去执行。

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至于CPU怎么检测中断源？为什么中断源会触发？这些问题参见：知识屏蔽 。

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3.Debug单步中断的原理

现在我们知道了，Debug程序只不过为CPU的单步中断提供了中断处理程序，功能为显示所有的寄存器中的内容后再等待输入命令。

具体来说，在使用Debug的 t命令 执行指令时，Debug将TF设置为1从而触发中断源，使得CPU工作于单步中断方式下，则在 CPU 执行完这条指令后，就会引发单步中断，
执行单步中断的中断处理程序功能就是显示所有的寄存器中的内容后再等待输入命令。 显然，这个程序的偏移地址已经被预放在了0000:0004~0000:0005,段地址已经被预放在了0000:0006:0000:0007。

二、避免单步中断无限循环

一个很显然的问题就是，当TF=1时，CPU在执行完一条指令后将引发单步中断，转去执行中断处理程序。

注意，中断处理程序也是一条条指令组成，如果在执行中断处理程序之前，TF=1，那么CPU执行完中断处理程序后，又会回到TF=1的母程序，又会触发中断源，又去执行中断处理程序，之后又产生单步中断，反反复复，一直循环。

看来，上述过程是一个将陷入一个无限循环，CPU将永远执行单步中断处理程序的第一条指令。

当然不能让这样的事情发生！解决方案就是，在进入中断处理程序之前，将TF设置为0，从而避免CPU执行时发生单步中断。 这也是为什么在中断过程汇总有TF=0的步骤。

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最后，让我们再来看一下中断过程：

是不是豁然开朗了！

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Linux102系列

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本系列将精讲Linux0.11内核中的每一个文件，共计会发布100+文章。

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0.一些辅助文件

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😉【Linux102】1-Makefile

😉【Linux102】2-Makefile.header

😉【Linux102】3-system.map

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1.内核引导启动程序

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😉【Linux102】4-bootsect.s

😉【Linux102】5-setup.s

😉【Linux102】6-head.s

😉【Linux102-D】/boot

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2.内核初始化过程

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😉【Linux102】7-main.c

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3.进程调度与系统调用

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😉【Linux102】8-kernel/asm.s

😉【Linux102】9-kernel/traps.c

😉【Linux102】10-kernel/printk.c

😉【Linux102】11-kernel/vsprintf.c

😉【Linux102】12-include/stdarg.h

😉【Linux102】13-kernel/mktime.c

😉【Linux102】14-kernel/system_call.s

😉【Linux102】15-include/linux/sched.h

😉【Linux102】16-kernel/sched.c

😉【Linux102】17-kernel/signal.c

😉【Linux102】18-include/signal.h

😉【Linux102】19-include/sys/types.h

😉【Linux102】20-include/linux/kernel.h

😉【Linux102】21-include/asm/segment.h

😉【Linux102】22-include/linux/head.h

😉【Linux102】23-include/linux/mm.h

😉【Linux102】24-include/linux/fs.h

😉【Linux102】25-include/errno.h

😉【Linux102】26-include/sys/wait.h

😉【Linux102】27-include/inux/tty.h

😉【Linux102】28-include/termios.h

😉【Linux102】29-kernel/panic.c

😉【Linux102】30-include/sys/times.h

😉【Linux102】31-include/sys/utsname.h

😉【Linux102】32-include/stddef.h

😉【Linux102】33-include/linux/sys.h

😉【Linux102】34-kernel/sys.c

😉【Linux102】35-kernel/fork.c

😉【Linux102】36-include/asm/system.h

😉【Linux102】37-kernel/exit.c

😉【Linux102】38-include/linux/fdreg.h

😉【Linux102】39-include/asm/io.h

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4.输入输出系统--块设备驱动程序

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😉【Linux102】40-kernel/blk_drv/blk.h

😉【Linux102】41-kernel/blk_drv/hd.c

😉【Linux102】42-include/linux/config.h

😉【Linux102】43-include/linux/hdreg.h

😉【Linux102】45-kernel/blk_drv/ramdisk.c

😉【Linux102】46-include/asm/memory.h

😉【Linux102】47-include/string.h

😉【Linux102】48-kernel/blk_drv/floppy.c

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5.输入输出系统——字符设备驱动程序

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😉【Linux102】49-kernel/chr_drv/keyboard.S

😉【Linux102】50-kernel/chr_drv/console.c

😉【Linux102】51-kernel/chr_drv/serial.c

😉【Linux102】52-kernel/chr_drv/rs_io.s

😉【Linux102】53-kernel/chr_drv/tty_io.c

😉【Linux102】54-include/ctype.h

😉【Linux102】55-lib/ctype.c

😉【Linux102】56-kernel/chr_drv/tty_ioctl.c

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6.文件系统

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😉【Linux102】58-fs/buffer.c

😉【Linux102】59-fs/bitmap.c

😉【Linux102】60-fs/inode.c

😉【Linux102】61-fs/super.c

😉【Linux102】63-fs/file_table.c

😉【Linux102】64-fs/block_dev.c

😉【Linux102】90-include/fcntl.h

😉【Linux102】75-include/a.out.h

😉【Linux102】65-fs/file_dev.c

😉【Linux102】66-fs/pipe.c

😉【Linux102】67-fs/char_dev.c

😉【Linux102】68-fs/read_write.c

😉【Linux102】69-fs/truncate.c

😉【Linux102】70-fs/open.c

😉【Linux102】71-fs/exec.c

😉【Linux102】72-fs/stat.c

😉【Linux102】73-fs/fcntl.c

😉【Linux102】74-fs/ioctl.c

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7.内存管理模块

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😉【Linux102】77-mm/memory.c

😉【Linux102】78-mm/page.s

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8.内核库文件

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😉【Linux102】95-lib/dup.c

😉【Linux102】88-lib/write.c

😉【Linux102】87-lib/wait.c

😉【Linux102】86-lib/string.c

😉【Linux102】85-lib/setsid.c

😉【Linux102】84-lib/open.c

😉【Linux102】81-lib/errno.c

😉【Linux102】80-lib/close.c

😉【Linux102】79-lib/_exit.c

😉【Linux102】55-lib/ctype.c

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Linux内核精讲系列

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和Linux内核102系列不同，本系列将会从全局描绘Linux内核的各个模块，而非逐行源码分析，适合想对Linux系统有宏观了解的家人阅读。

😉【Linux】学习Linux前必备的知识点

😉【Linux】linux0.11操作系统概述

😉【Linux】Linux内核对进程的内存抽象

😉【Linux】Linux概述1-linux对物理内存的使用

😉【Linux】软件从写下到运行的全部流程

😉【Linux】CPU的三寻址：实模式、保护模式、长模式

😉【Linux】实模式与保护模式的寻址, 这次讲明白了！

😉【Linux】linux0.11的源码目录架构

😉【Linux】Makefile机制及基础详解

😉【Linux】编译并运行Linux0.11

😉【Linux】“进进内网文”—Linux的内核结构全貌

😉【Linux】linux的中断机制

😉【Linux】linux进程描述

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汇编语言

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本系列将带领大家从0开始循序渐进学习汇编语言，直至完全掌握这门底层语言。同时给出学习平台DOSBox的使用教程。

😉【汇编语言】1—基础硬件知识

😉【汇编语言】2—寄存器基础知识

😉【汇编语言】3-寄存器与内存的交互

😉【汇编语言】4-第一个完整的汇编程序

😉【汇编语言】5-[BX]和loop指令

😉【汇编语言】6-包含多个段的程序

😉【汇编语言】7-灵活的5大寻址方式

😉【汇编语言】8-1-数据的位置

😉【汇编语言】8-2-数据的长度

😉【汇编语言】8-数据处理的两个基本问题(位置与长度)

😉【DOSBox】1-debug

😉【DOSBox】2-debug可执行文件

😉【DOSBox】3-完整开发流程

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C语言

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本系列将直击C语言的本质基础，流利处理出各个易错、实用的实战点，并非从零开始学习C。

😉【C语言】GDB详解大全

😉【C语言】C Token(C89 C99 C11)

😉【C语言】指针基础

😉【C语言】数组基础

😉【C语言】结构体对齐

😉【C语言】华为C语言进阶测试

😉【C语言】触发刷新到磁盘的方式总结

😉【C语言】C语言文件操作的mode详解

😉【C语言】C语言文件知识全讲解

😉【C语言】从extern到头文件包含的最优实践

😉【C语言】C语言的关键字与重载机制

😉【C语言】长字符串的2种处理方式

😉【C语言】C语言嵌入汇编程序

😉【C语言】指针数组 VS 数组指针 原来这么简单！

😉【C语言】深浅拷贝、传参、赋值 本质剖析

😉【C语言】find-in-linux递归搜索文件名函数

😉【C陷阱与缺陷】-1-词法陷阱

😉【C陷阱与缺陷】-2-语法陷阱

😉【C陷阱与缺陷】-3-语义陷阱

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关于小希

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