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操作系统中的中断（详细介绍+图片理解）
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【中断的概念】 中断是指程序执行过程中，遇到急需处理的事件时，暂时中止CPU上现行程序的运行，转去执行相应的事件处理程序，待处理完成后再返回原程序被中断处或调度其他程序执行的过程操作系统是“中断驱动”的；换言之，中断（广义）是激活操作系统的唯一方式中断有广义和狭义之分，上述中断时指广义的中断【中断、异常与系统异常】 狭义的中断来源于处理器之外的中断事件，即与当前运行指令无关的中断事件，如I/O中断、时钟中断、外部信号中断等异常（来源于CPU内部的中断事件，和狭义共同构成广义的中断）指当前运行指令引起的中断事件，如地址异常、算术异常、处理器硬件故障等系统异常与硬件无关，系统异常指执行陷入指令而触发系统调用引起的中断事件，如请求设备、请求I/O、创建进程等【中断源—处理器硬件故障中断事件】 由处理器、内存储器、总线等硬件故障引起处理原则为：保护现场，停止设备，停止CPU，向操作员报告，等待人工干预【中断源—程序性中断事件】 处理器执行机器指令引起 #除数为零、操作数溢出等算术异常：简单处理，报告用户；也可以由用户编写中断续元程序处理 #非法指令、用户态使用特权指令、地址越界、非法存取等指令异常：终止进程 #终止进程指令：终止进程 #虚拟地址异常：调整内存后重新执行指令【中断源—自愿性中断事件】 处理器执行陷入指令请求OS服务引起；在操作系统中，它一般又被称作系统调用 #请求分配外设、请求I/O、等等 #处理流程是：陷入OS，保护现场，根据功能号查入口地址，跳转具体处理程序【中断源—I/O中断事件】 来源于外围设备报告I/O状态的中断事件 #I/O完成：调整进程状态，释放等待进程 #I/O出错：等到人工干预 #I/O异常：等待人工干预【中断源—外部中断事件】 由外围设备发出的信号引起的中断事件 #时钟中断、间隔时钟中断：记时与时间片处理 #设备报到与结束中断：调整设备表 #键盘/鼠标信号中断：根据信号做出相应反映 #关机/重启动中断：写回文件，停止设备与CPU【中断系统】 中断系统是计算机系统中响应和处理中断的系统，包括硬件子系统和软件子系统两部分中断响应由硬件子系统完成中断处理由软件子系统完成【中断响应处理与指令执行周期】 在指令执行周期最后增加一个未操作，以响应中断
【中断装置】 计算机系统中发现并响应中断/异常的硬件装置称为中断装置由于中断源的多样性，硬件实现的中断装置有多重，分别处理不同类型的终端这些中断装置因计算机而异，通常有： #处理器外的中断：由中断控制器发现和响应 #处理器内的异常：由指令的控制逻辑和实现线路发现和响应，响应机制成为陷阱 #请求OS服务的系统异常：处理器执行陷入指令时直接触发，响应机制称为系统陷阱【中断控制器】 中断控制器：CPU中的一个控制部件，包括中断控制逻辑线路和中断寄存器 #外部设备向其发出中断请求IRQ，在中断寄存器中设置已发生的中断 #指令处理结束前，会检查中断寄存器，若有不被屏蔽的终端产生，则改变处理器内操作的顺序，引出操作系统中的中断处理程序【陷阱与系统陷阱】 陷阱与系统陷阱：指令的逻辑实现线路的一部分 #执行指令出现异常后，会根据异常情况转向操作系统的异常处理程序 #出现虚拟地址异常后，需要重新执行指令，往往越过陷阱独立设置页面异常处理程序 #执行陷入指令后，越过陷阱处理，触发系统陷阱，激活系统调用处理程序【中断响应过程】 发现中断源，提出中断请求 #发现中断寄存器中记录的中断 #决定这些中断是否被屏蔽 #当有多个要响应的中断源时，根据规定的优先级选择一个中断当前程序的执行 #保存当前程序的PSW/PC到核心栈转向操作系统的中断处理程序【中断的处理】 中断处理程序 操作系统处理中断事件的控制程序，主要任务是处理中断事件和恢复正常操作中断处理程序 #保护未被硬件保护的处理器状态 #通过分析被中断进程的PSW中断码字段，识别中断源 #分别处理发生中的中断事件 #恢复正常操作【恢复正常操作】 情况一：对于某些中断，在处理完毕后，直接返回刚刚被中断的进程情况二：对于其他一些中断，要中断当前进程的运行，调整进程队列，启动进程调度，选择下一个执行的进程并恢复其执行【中断系统处理流程】 【中断屏蔽】 当计算机检测到中断时，中断装置通过中断屏蔽位决定是否响应已发生的中断有选择的响应中断【中断优先级】 当计算机同时检测到多个中断时，中断装置响应中断的顺序有优先的的响应中断一种可能的处理次序 #处理机硬件故障中断事件、自愿性中断事件、程序性中断事件、时钟中断等外部中断事件、输入输出中断事件、重启动和关机中断事件不同类型的操作系统有不同的中断优先级【中断的嵌套处理】 当计算机响应中断后，在中断处理过程中，可以再响应其他中断操作系统是性能攸关程序，且中断响应处理有硬件要求，考虑系统效率和实现代价问题，中断的嵌套处理应限制在一定层数内，如3层中断的嵌套处理改变中断处理次序，先响应的有可能后处理【多中断的响应与处理】 决定中断处理次序的因素 #中断屏蔽可以使中断装置不响应某些中断 #中断优先级决定了中断装置响应中断的次序 #中断可以嵌套处理，但嵌套的层数应有限制 #中断的嵌套处理改变了中断处理的次序【多重中断处理-1】 X、Y两个中断同时发生先响应X因Y被屏蔽，继续处理X再响应并处理Y
【多重中断处理-2】 X、Y两个中断同时发生根据中断优先级，先响应X因未屏蔽Y，再响应并处理YY处理完成后，再处理X
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