一、中断简介

1.1 中断和陷入

1.1.1 中断

中断是指CPU对I/O设备发来的中断信号的一种相应。CPU暂停正在执行的程序，保留CPU环境后，自动地去执行该I/O设备的中断处理程序。执行完后，再回到断点，继续执行原来的程序。I/O设备可以是字符设备，也可以是块设备、通信设备等。由于中断是由外部设备引起的，故又称外部中断

1.1.2 陷入

另外还有一种由CPU内部事件所引起的中断，例如进程在运算中发生了上溢或下溢，又如程序出错，如非法指令、地址越界、以及电源故障等。通常把这类中断称为内中断或陷入（trap）。与中断一样，若系统发现了有陷入事件，CPU也将暂停正在执行的程序，转去执行该陷入事件的处理程序。中断和陷入的主要区别是信号的来源，即是来自CPU外部，还是CPU内部。

1.2 中断向量表和中断优先级

（待补充/200）

1.3 对多中断源的处理方式

（待补充/200）

二、中断处理程序

当一个进程请求I/O操作时，该进程将被挂起，直到I/O设备完成I/O操作后，设备控制器便向CPU发送一个中断请求，CPU响应后便转向中断处理程序，中断处理程序执行相应的处理，处理完后解除相应进程的阻塞状态。

中断处理程序的处理过程可分为以下几个步骤：

1. 测定是否有未响应的中断信号：
每当设备完成一个字符（字或数据块）的读入（或输出），设备控制器便向处理机发送一个中断请求信号。请求处理机将设备已读入的数据传送到内存的缓冲区中（读入），或者请求处理机将要输出的数据（输出）传送给设备控制器。程序每当执行完当前指令后，处理机都要测试是否有未响应的中断信号。若没有，继续执行下一条指令。若有，则停止原有进程的执行，准备转去执行中断处理程序，为把处理机的控制权交给中断处理程序做准备。

2. 保护被中断进程的CPU环境：
在把控制权交给中断处理程序之前，需要先保护被中断进程的CPU环境，以便以后能恢复运行。首先需要保存的是，从中断现场恢复到当前进程运行所需要的信息。通常由硬件自动将处理机状态字（PSW）和保存在程序计数器（PC）中下一条指令的地址保存在中断保留区（栈）中。然后，把被中断进程的CPU现场信息，即将包括所有CPU寄存器的（如通用寄存器、段寄存器等）内容都压入中断栈中。因为在中断处理时可能会用到这些寄存器。下图给出了一个简单的保护中断现场的示意图。该程序是指令在N位置时被中断的，程序计数器中的内容为N+1，所有寄存器的内容都被保留在栈中。

3. 转入相应的设备处理程序：
由处理机对各个中断源进行测试，以确定引起本次中断的I/O设备，并向提供中断信号的设备发送确认信号。在该设备收到确认信号后，就立即取消它所发出的中断请求信号。然后，将相应的设备中断处理程序的入口地址装入到程序计数器中。这样，当处理机运行时，便可自动地转向中断处理程序。

4. 中断处理：
对不同的设备，有不同的中断处理程序。该程序首先从设备控制器中读出设备状态，以判别本次中断是正常完成中断还是异常结束中断。若是前者，中断程序便做出结束处理。假如这次是字符设备的读操作，则来自输入设备的中断是表明该设备已经读入了一个字符（字）的数据，并已放入数据寄存器中。此时中断处理应该将该数据传送给CPU，再将它存入缓冲区中，并修改相应的缓冲区指针，使其指向下一个内存单元。若还有命令，可再向控制器发送新的命令，进行新一轮的数据传送。若是异常结束中断，则根据发生异常的原因做相应的处理。

5. 恢复CPU的现场并退出中断：
当中断处理完成以后，需要恢复CPU的现场，退出中断。但是，此刻是否返回到被中断的进程，取决于两个因素：

本中断是否采用了屏蔽（禁止）中断方式，若是，就会返回被中断的进程
采用的是中断嵌套方式，如果没有优先级更高的中断请求I/O，在中断完成后，仍会返回被中断的进程；反之，系统将处理优先级更高的中断请求。

如果是要返回到被中断的进程，可将保存在中断栈中的被中断进程的现场信息取出，并装入到相应的寄存器中，其中包括该程序下一次要执行的指令的地址N+1、处理机状态字PSW，以及各通用寄存器和段寄存器的内容。这样，当处理机再执行本程序时，便从N+1处开始，最终返回到被中断的程序。

整个中断的处理流程如下图所示：

I/O操作完成后，驱动程序必须检查本次I/O操作中是否发生了错误，并向上层软件报告，最终向调用者报告本次I/O的情况。除了上述的第4步外，其他各步骤对所有I/O设备都是相同的，因而对于某种操作系统，例如UNIX系统，是把这些共同的部分集中起来，形成中断总控程序。每当要进行中断处理时，都要首先进入中断总控程序。而对于第4步，则对不同设备采用不同的设备中断处理程序继续执行。

中断