操作系统：中断处理

一、中断

处理器在运行时需要支持和外部设备的并发工作，即实现中断技术。中断(interrupt)是指对处理器正常处理过程的打断。

中断与异常一样，都是在程序执行过程中的强制性转移，转移到相应的处理程序。

中断具有以下分类：

硬中断（外部中断）——由外部（主要是I/O设备）的请求引起的中断
1. 时钟中断（计时器产生，等间隔执行特定功能）
2. I/O中断（I/O控制器产生，通知操作完成或错误条件）
3. 硬件故障中断（故障产生，如掉电或内存奇偶校验错误）
软中断（内部中断）——由指令的执行引起的中断
1. 中断指令（软中断int n、溢出中断into、中断返回iret、单步中断TF=1）
异常/程序中断（指令执行结果产生，如溢出、除0、非法指令、越界）

x86结构的CPU最多支持256种中断，外部中断由如下两条中断请求线控制：

对NMI的处理不受标志位影响，在执行完成当前指令之后，立即响应。

CPU对INTR可屏蔽中断的处理取决于标志寄存器FLAGS的IF位，当IF=1，响应可屏蔽中断。对IF的设置可用如下指令：

sti	;开中断
cli	;关中断

一条INTR线作为中断处理无疑是不够用的，X86处理器用两个级联的8259A芯片作为外设向CPU申请中断的代理接口，使一条INTR线扩展成15条中断请求线。

8259A是一种PIC（Programmable Interrupt Controller，可编程中断控制器），是用来处理中断的，CPU使用了中断机制，虽然不用自己去持续监听外部设备，但总是需要一个设备来做这件事情，这就是PIC。

中断处理过程，即得到中断号之后，处理器需要执行对应的一段程序，处理器可以处理256个中断，理论上共需要256段程序。这些程序可以位于内存各个位置，但需要一个表去索引其入口位置。

在实模式中，在内存的低位区（0~0x3FFH）共1KB的空间内，创建含256个中断的中断向量表IVT 。

每个中断向量占4B，格式为：16位段值（高位）:16位偏移值（低位）。

当系统进入保护模式，IVT（Interrupt Vector Table，中断向量表）会失效，需改用IDT（Interrupt Descriptor Table，中断描述表），必须自己编程来定义8259A的各个软中断类型号和对应的处理程序。

在处理器接收到中断信号时（包括外中断和内中断），会按照以下步骤开始处理中断：

硬件实现的保护断点现场：
1. 将标志寄存器FLAGS压栈，然后清除它的IF位和TF位（在中断处理过程中，处理器将不再响应硬件中断）
2. 再将当前的代码段寄存器CS和指令指针寄存器IP压栈
3. 经过操作后，当前栈的构造从栈顶开始为：IP、CS、FLAGS
执行中断处理程序：
1. 由于处理器已经拿到了中断号，它将该号码乘以4（«2），就得到了该中断入口点在中断向量表中的偏移地址。
2. 从表中依次取出中断程序的偏移地址（低位）和段地址（高位），并分别传送到IP和CS，处理器就开始执行中断处理程序了。
3. 如果希望更高优先级的中断嵌套，可以在编写中断处理程序时，适时用sti指令开放中断。
返回到断点接着执行：
1. 中断处理程序的最后一条指令必须是中断返回指令iret。这将使处理器依次从堆栈中弹出IP、CS和FLAGS的原始内容，转到主程序接着执行。

在NMI发生时，处理器会自动生成中断号2，其他过程与上述处理相同。

每个可编程中断控制器8259A都有两个I/O端口：

软中断是由int指令引起的中断处理（可以理解为主动进行中断）。

使用int时对应的BIOS中断表如下：