操作系统：中断和异常

1.中断的作用

CPU上会运行两种程序，一种是操作系统内核程序（是整个系统的管理者），一种是应用程序。

1.中断的特点

• 在合适的情况下，操作系统内核会把CPU的使用权主动让给应用程序。
• “中断”是让操作系统内核夺回CPu使用权的唯一途径。
• “中断”会使cPU由用户态变为内核态,使操作系统重新夺回对CPU的控制权。

2.Cpu状态的切换

• 内核态→用户态:执行一条特权指令――修改PSW的标志位为“用户态”，这个动作意味着操作系统将主动让出CPU使用权。
• 用户态→内核态:由“中断”引发，硬件自动完成变态过程，触发中断信号意味着操作系统将强行夺回cPU的使用权。

2.中断的类型

1.内中断（也称异常，例外）

与当前执行的指令有关,中断信号来源于CPU内部。

1.触发条件：
若当前执行的指令是非法的，则会引发一个中断信号。

例子1:试图在用户态下执行特权指令

例子2:执行除法指令时发现除数为0（终止）

例子3：有时候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，
该指令会引发一个内部中断信号。

2.陷入指令
执行“陷入指令”，意味着应用程序主动地将CPU控制权还给操作系统内核。
“系统调用”就是通过陷入指令完成的。

3.异常的分类

• 陷阱，陷入：由陷入指令引发，是应用程序故意引发的。
• 故障：由错误条件引起的,可能被内核程序修复。内核程序修复故障后会把 CPU使用权还给应用程序，让它继续执行下去。如:缺页故障。
• 终止：由致命错误引起,内核程序无法修复该错误，因此一及不再将CPU使用权还给引发终止的应用程序,而是直接终止该应用程序。如:整数除0、非法使用特权指令。

2.外中断（也称中断，狭义的中断）

与当前执行的指令无关,中断信号来源于CPU外部。

例子1:时钟中断――由时钟部件发来的中断信号

例子2:I/O中断――由输入/输出设备发来的中断信号

3.中断的基本原理

不同的中断信号，需要用不同的中断处理程序来处理。
显然，中断处理程序一定是内核程序，需要运行在“ 内核态”

1.具体做法

1. 当CPU检测到中断信号后，
2. 判断中断信号类型
3. 若是内中断:CPU在执行指令时会检查是否有异常发生；
4. 若是外中断:每个指令周期末尾，CPU都会检查是否有外中断信号需要处理。
5. 然后根据中断信号的类型查询“中断向量表”，
6. 以此来找到相应的中断处理程序在内存中的存放位置。