操作系统：中断和异常-爱代码爱编程

一、中断的类型

内中断（异常）：与当前CPU的执行的指令有关，中断信号来自CPU内部

外中断：与当前CPU的执行的指令无关，中断信号来自CPU外部 

（注：在大部分教材中，“中断”是狭义的中断，指外中断；而内中断则称为异常）

 

内中断分类：陷入中断、故障中断、异常中断

陷入中断：由陷入指令（非特权指令）引发，是应用程序故意引起。比如应用程序想请求操作系统内核的服务，此时会执行一条特殊的指令——陷入指令，该指令会引发一个中断信号。执行陷入指令意味着应用程序主动放弃CPU的使用权，将CPU的使用权交给操作系统内核。 “系统调用”就是通过陷入指令实现的。

 

故障中断：由错误条件引起，可能被内核程序修复，内核程序修复后会把CPU使用权交还给应用程序，使应用程序继续执行。比如CPU执行除法指令发现除数是0，该指令是非法的。比如缺页故障。

 

异常中断：由致命错误引起，内核程序无法修复，因此一般不在将CPU的使用权交还给引发该中断信号的应用程序，而是直接终止该应用程序的运行。比如非法使用特权指令。

 

外中断的分类：时钟中断、I/O中断等

 

时钟中断：实现并发运行。由时钟部件发出中断信号，时钟部件每隔一个时间片（假设为50ms）就会给CPU发送一个时钟中断信号。起初，应用程序A在CPU上运行，执行一系列的指令，当时钟部件检测到应用程序A已经运行了50ms时，会向CPU发出中断信号。CPU检测到中断信号转化为内核态，由处理时钟中断信号的内核程序上CPU运行，处理完成后转换为用户态，将CPU的使用权交给应用程序B。应用程序B上CPU运行，执行一系列的指令，当时钟部件又检测到应用程序B已经运行了50ms，又会向CPU发出时钟中断信号……如此往复实现程序的并发运行。

 

I/O中断：由输入/输出设备发出中断信号。比如打印机在工作时，打印任务执行完毕后，回向CPU发出中断信号，CPU检测到中断信号转换为内核态，由相对应的内核程序去处理该中断信号

 

补充：CPU每执行一条指令都是例行去检查是否有中断信号

二、中断的作用

CPU上会运行两种程序——应用程序和内核程序。在合适的时间内，内核程序会主动让出CPU的使用权交给应用程序，但是应用程序无法主动让出CPU的使用权交给内核程序，只能通过中断来实现。中断是操作系统内核夺回CPU使用权的唯一途径。

如果没有中断，那么一旦应用程序上CPU运行，那么CPU就会一直运行这个程序，并发运行程序又从何而来？因此中断是实现并发运行必不可少的。

三、中断机制的基本原理

不同的中断信号需要由不同的中断处理程序（内核程序）去处理。当CPU检测到中断信号时，会根据中断信号的类型去查询“中断向量表”，以此来找到相应的中断处理程序在内存中存放的位置。