1、知识总览

2、中断机制的诞生

早期的计算机中，各个程序只能串行执行，一个程序放进计算机内存之后，程序会开始运行，程序运行结束之后需要等到I/O设备输出，操作结束之后程序才能从内存中移除；接下来对第二个程序进行操作，其过程类似；

这种方法的缺点是各程序只能串行执行，系统资源的利用率低，在计算机的内存中同一时刻最多只能有一道程序运行，这种方式会导致系统的资源利用率低；

为了解决上述问题，人们发明了操作系统（作为计算机的管理者），引入了中断机制，从而实现多道程序的并发执行。

中断本质：发生中断就意味着需要操作系统介入，开展管理工作；引入中断机制之后，可以把多个程序放到内存。各个程序并发地执行；

比如说程序一，在用户态下运行，运行一段时间之后，CPU可能会收到计时部件发出的中断信号，提示CPU已经过了一个时间片了；

CPU收到中断信号后，就意味着需要操作系统介入，开展管理工作，CPU会立即切换核心态，然后把CPU的使用权限交给操作系统，操作系统的内核对中断信号进行处理；操作系统发现刚才的中断信号是时间片到了，操作系统负责将进程1切换到进程2运行，在完成这一系列管理工作后，操作系统会把CPU的使用权交还给用户进程，接下来进程2就会在用户态下开始执行；

当进程2进行一段时间后，进程2可能发出系统调用（内中断信号），请求输出，为了保证系统的安全性，输入输出操作指令属于特权指令，不允许用户进程直接使用，因此用户进程只能通过系统调用的方式主动要求操作系统介入工作，让操作系统来完成输入输出功能；

因此，接下来CPU会切换到核心态，操作系统接管进程2提出的系统调用请求，之后操作系统会按照进程2的请求要求打印机输出设备开始工作，进程2由于要等待I/O设备的工作完成，所以进程2会暂停运行，让进程3运行；

操作系统完成一系列的管理工作之后，操作系统会再次把CPU的使用权还给用户进程，然后进程3开始工作；

输出设备在操作系统的要求下也会并行地工作，当其工作结束之后会向CPU发送一个I/O完成的中断信号，当CPU接收到中断信号之后，操作系统接管管理工作，CPU会切换为核心态，操作系统内核会对刚才的中断信号进行处理，中断信号其实是进程2的I/O操作已经完成，那么操作系统会让进程2恢复运行来完成后续的工作，所以操作系统会把CPU的控制权交还给用户进程，然后进程2重新运行，执行后续的工作；

3、中断的概念和作用

通过以上分析，我们可以知道以下特点：

当中断发生时，CPU立即进入核心态；
当中断发生后，当前运行的进程暂停运行，并由操作系统内核对中断进行处理；
对于不同的中断信号，会进行不同的处理
发生中断，就意味着需要操作系统的介入，开展管理工作。由于操作系统的管理工作（比如进程切换，分配I/O设备等）需要使用特权指令，因此CPU需要从用户态转换为核心态。中断可以使CPU从用户态切换为核心态，使操作系统获得计算机的控制权。有了中断，才能实现多道程序的并发执行；

看一个历史遗留问题：用户态、核心态的切换是怎么实现的？
回答：“用户态->核心态”是通过中断实现的，并且中断是唯一途径；“核心态->用户态”的切换是通过执行一个特权指令，将程序的状态字（PSW）的标志位设置为“用户态”;

4、中断的分类

中断可以分为内中断和外中断两大类，内中断和外中断的本质区别是中断信号的来源是CPU的内部还是CPU的外部:

另一种分类方法中，内中断可以细分为陷进（陷入）、故障、终止；

5、外中断的处理过程

假设CPU正在用户态下执行用户程序相关指令，在执行完每个指令之后，CPU都要检查当前是否有外部中断信号需要处理，如果没有中断信号需要处理，CPU会继续执行下一个程序指令，直到某一条指令结束后发现存在中断信号需要处理；

发现中断信号需要处理之后，操作系统需要介入来处理中断信号，因此用户程序需要暂停运行，需要保护被中断的进程的CPU环境（比如程序状态字PSW、程序计数器PC、各种通用寄存器）；完成保护工作之后，会根据中断信号的类型转入相应的中断处理程序；当中断处理完成后，恢复原来进程的CPU环境并退出中断，返回原进程继续往下执行；

6、知识回顾

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