(转载)中断和异常的再总结

中断和异常的再总结

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@(OS)

内部异常(内中断)

故障（fault）
自陷（trap）
终止（abort）
是源自CPU执行指令内部的事件。如：非法操作码，地址越界，算术溢出，虚存系统的缺页，陷入指令等引起的事件。内部异常不可被屏蔽，一旦出现立马处理。

外中断：来自CPU执行指令以外的事件。如：I/O中断，时钟中断等。

　　在操作系统层次上，我们多听到“异常”（Exception）而少见“中断”（Interrupt），且往往笼统地称其为异常，但处理器微体系结构规范通常会区分中断和异常。

　　一般而言，中断是异步的，异常是同步的，所谓同步和异步的概念，又与我们网络通信或函数调用中的同步异步有所不同。中断是来自处理器外部的I/O设备的信号的结果，它不是由指令流中某条指令执行引起的，从这个意义上讲，它是异步的，是来自指令流之外的。

　　异常又分为三类：陷阱（Trap）、故障（Fault）和终止（Abort），它们都是执行当前指令流中的某条指令的结果，是来自指令流内部的，从这个意义上讲它们都是同步的。

　　（1）陷阱是有意而为之的异常，是明知有套还往里钻——人家要的就是这个结果，其最常见的用途就是操作系统的系统调用。

　　（2）故障是由错误条件引起的，可能被故障处理例程修复。如果可以修复，则啥事儿没有，继续干活；如果不能修复则会转化为终止，并进入下一步。常见的故障如缺页。

　　（3）终止是不可恢复的致命的错误造成结果。终止处理程序不再将控制返回给引发终止的应用程序，而是交给了系统——其结果往往是系统终止应用程序。

　　另外还有一个比较模糊的问题，就是中断或异常返回点的问题。

　　良性的如中断和陷阱，只是在正常的工作流之外执行额外的操作，然后继续干没干完的活。因此处理程序完了后返回到原指令流的下一条指令，继续执行。恶性的如故障和终止，对于可修复故障，由于是在上一条指令执行过程中发生（是由正在执行的指令引发的）的，在修复故障之后，会重新执行该指令；至于不可修复故障或终止，则不会再返回。

　　再说一下Intel处理器的中断及异常号和unix/ Linux 编程中常见的“段故障”（Segmentation Fault）。

　　在Pentium体系结构中，系统可以有高达256种不同的异常类型。0-31号对应体系结构定义的异常，对任何系统都一样。范围32-255的号码对应的是操作系统定义的中断和陷阱。13号异常是一般保护性故障（General Protect Fault），许多原因都会引起该故障。通常是因为一个程序应用了一个未定义的虚拟存储器区域，或者因为程序试图写一个只读的文本段。unix/ Linux 不会尝试恢复这类故障，典型地，Unix shell将这种故障报告为“段故障”（Segmentation Fault）。在IA32系统上，系统调用是通过一条称为INT n的陷阱指令来提供的，其中n可能是异常表中256个异常号的任何一个。但历史上，系统调用是通过128（0x80）号提供的。

　　根据这个概念，特别强调的是缺页中断实际上是内中断，也就是异常，来自指令流的。
　　存储异常也是来自指令流的，因此也是异常，不是中断。

　　出题点常常喜欢用缺页中断，存储异常这些概念来设置陷阱。

举个例子：

(2015.24)假定下列指令已装入指令寄存器。则执行时不可能导致CPU从用户态变成内核态(系统态)的是：C

A. DIV R0, R1 ; (R0)/(R1)->R0
B. INT n ; 产生软中断
C. NOT R0 ; 寄存器R0的内容取非
D. MOV R0, addr ; 把地址addr处的内存数据放入寄存器R0中

这里A可以发生除0异常，进行abort例程。B特别注意，很容易看成C语言代码，心想int n怎么还有异常呢?老实说我被这个困扰了很久。实际上这是故意挖的坑，INT指的是interrupt！虽然后面中文注明了是软中断，但是先入为主的印象会超过当前的理性认知。C只是对内容取非，不可能出现异常。D，addr地址可能越界，因此也有可能出现异常。

(2016.22) 异常是指令执行过程中在处理器内部发生的特殊事件，中断是来自处理器外部的请求事件。下列关于中断或异常情况的叙述中，错误的是：A
A. “访存时缺页”属于中断
B. “整数除以0”属于异常
C. “DMA传送结束”属于中断
D. “存储保护错”属于异常

分析：这种概念的识记题如果没有真的理解，就很麻烦。这里，需要特别强调的是CPU指令流相关一定是内中断，也即所谓的异常。而非CPU指令流导致的才是外中断，比如时钟中断，DMA中断等才是真正的外中断。访存时缺页，我们听过太多的缺页中断，缺页异常，后来根本分不清谁是谁了，只需要抓住：缺页是CPU访存指令时才有的。是CPU相关。于是A项错误。
整数除0，当然是CPU干的。存储保护错，也是内存访问相关，属于异常，也叫内中断。
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