[自制操作系统] 第11回 认识中断
目录
一、前景回顾
二、初识中断
三、中断分类
四、中断号
五、可编程中断控制器8259A
六、中断描述符表IDT
上一回我们简单地讲解了特权级的原理，这一块其实我当时也是啃的云里雾里，看了好大一会儿才明白。如果实在不怎么理解特权级检查也没关系，因为后面的代码中也不会涉及到手写特权级检查，这些都是CPU自己来完成。总之只需要对特权级检查有概念即可。本回我们来讲讲比较重要的中断。
我们知道，整个操作系统其实是处于一个死循环的，为什么这么说呢？因为CPU总是不知疲倦的取指令，译指令，执行指令。如果我们不让操作系统处于死循环的情况下，CPU就可能会将指令后面的数据给解码为某个指令来执行，这样就会导致CPU出现异常，所以为了避免这种情况出现，我们通过类似下面的代码形式:
while (1){ 操作系统代码 }
让操作系统永远死循环在这里。在我们前面的代码中，如果仔细看的话会发现有jmp $的出现，它的目的也是让CPU执行到这里就一直死循环。那么每当有新的事件出现时，再去“通知”CPU跳转执行，执行完毕后如果没有新的事件便让CPU再次死循环。这里的“通知”就是中断所起的作用，每当有新的事件出现，便以中断的方式来通知操作系统，所以可见在操作系统中，中断的作用可以说是举足轻重的。
我们已经知道，中断便是发生了某类事件需要通知CPU处理的一种行为，所以只要有事件发生就应该让CPU知道。中断按照事件来源分类，来自CPU外部的中断就称为外部中断，来自CPU内部的中断被称为内部中断，还可以更加细分，具体看下图。
中断机制的本质就是来了一个中断信号后，调用相应的中断处理程序，不管CPU有多少种类型的中断，为了方便管理，将来自外部设备和内部指令的各种中断类型统统归于一种管理方式，即为每一个中断信号分配一个整数，用此数来作为中断的ID，也就是所谓的中断向量，用此中断向量在中断描述符表中索引得到对应表项，再从中得到中断处理程序。中断向量表如下。
表中的Error code字段中，如果值为Y，表示相应的中断处理过程会由CPU压入错误码，这个在我们后面编写中断代码时会再次提到。
上一节我们说到，每一个中断信号都对应一个中断向量，CPU根据中断向量来查表执行中断函数。中断分为外部中断和内部中断，内部中断的中断信号在CPU内部即可传递。那么针对外部设备的中断，中断向量是如何传递给CPU的呢？
为了让CPU获得每一个外部设备的中断信号，最好的方式自然是在CPU中为每一个外设准备一个引脚接收中断，但这是不现实的，因为外部设备的数量理论上是没有上限的，CPU准备再多引脚都没用，而且这种方式显得很傻。再加上我们前面说过，CPU有自己的专属任务，便是不停地取指令，译指令，执行指令。其他事不应该再去劳烦它，于是有了8259A的出现。
8259A的作用是负责所有来自外设的中断，8259A用于管理和控制可屏蔽中断，它表现在屏蔽外设中断，对它们实行优先级判决，向CPU提供中断向量号等功能。下图是工作示意图。
外部设备与8259A连接，由8259A来负责接收它们的中断请求，再将他们的中断信号传递给CPU。这里只需要有一个全局的概念即可，
前面提到中断描述符表，中断描述符表其实是保护模式下用于存储中断处理程序入口的表。当CPU接收到一个中断后，用此中断的中断向量在IDT中索引对应的描述符，在该描述符中找到中断处理程序的入口地址，然后执行该函数。中断描述符其实就是被称为门的描述符。关于门，就是我们在上一回特权级讲解一章提到的门结构：调用门、中断门、陷阱门和任务门（忘记的朋友可以点这里）。不过我们最终只使用中断门，这里再来看一下中断门的结构。
中断描述符表的地址被存放在IDTR寄存器中，IDTR寄存器的结构如下：
16位的表界限，表达的最大范围是0xffff，即64KB，可容纳的描述符个数是64KB/8B=8K=8192个，但是呢处理器只支持256个中断，即0~255。
七、中断处理过程
中断处理过程如下图所示：
其中涉及到的特权级检查：DPL_GATE >= CPL > DPL_CODE。由于中断是由中断向量号通知到处理器的，中断向量号只是一个整数，并没有RPL，所以在由中断引起的特权级转移做特权级检查中，并不涉及到RPL。
本回到此结束了，预知后事如何，请看下回分解。
