【操作系统】1.3.2 中断和异常

1️⃣ 中断的作用

👌 中断会使CPU由用户态变为内核态，使操作系统重新夺回CPU的使用权。中断也是让操作系统内核夺回CPU使用权的唯一路径。

❓如果没有中断机制的化，那么一旦应用程序上CPU运行，CPU就会一直运行这个应用程序，那么并发怎么办？这样不久没办法实现并发了嘛。所以要想实现并发，必须要实现中断。

2️⃣中断的类型

内中断：与当前执行的指令有关，中断信号来源于CPU内部。

外中断：与当前执行的指令无关，中断信号来源于CPU外部。

📒内中断的例子：

1. 用户态状态下，发现了特权指令，那么就会引发中断，从而转为内核态，处理中断信号的内核程序。
2. 执行除法指令时发现除数为0。

这里我们用Java来实现这个例子

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        int i=1/0;
    }
}
1
2
3
4
5

这里就报了一个异常，表示除零错误。

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，该指令就回引发一个内部中断信号。这是应用程序主动要求转为内核态的，不是被动的，它也不是特权指令，它实在用户态下执行的。

所以如果执行指令非法或者参数非法或者主动想要切换内核态的话，那么就会引发内中断。

📖外中断的例子：

1. 时钟中断–由时钟部件发来的中断信号。时钟部件每隔一个时间片就回发送一次中断信号，内核程序会处理时钟中断，并且把CPU的使用权交给其他应用程序，从而切换为用户态，让其他程序上CPU执行。这也就实现了并发。
2. I/O中断–由输入/输出设备发来的中断信号。当输入输出设备完成时，向CPU发送中断信号，通知已经完成了。CPU又会转为内核态处理中断。

CPU在每一个指令结束的时候就会例行检查有无外中断信号。

总结

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，让他继续执行下去。

终止：内核程序无法修复了，必须终止应用程序。

3️⃣中断机制的基本原理

不同的中断不可能由同一个中断处理程序来出来，所以会由不同。

CPU会根据不同的中断信号，需要用不同的中断处理程序来处理。当CPU检测道中断信号后，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的存放位置。

4️⃣总结