中断与异常机制
中断/异常机制
可以说 操作系统是由 “中断驱动”或者“事件驱动”的。
主要作用：
- 及时处理设备发来的中断请求
- 可使OS捕获用户程序提出的服务请求
- 防止用户程序执行过程中的破坏性活动
- .........
概念
CPU对系统发生的某个事件做出的一种反应。CPU暂停正在执行的程序，保留现场后自动转去执行相应事件的处理程序，处理完成后返回断点，继续执行被打断的程序。
特点
- 是随机发生的
- 是自动处理的
- 是可恢复的
为什么引入中断与异常？？？
事件（对中断/异常的具体划分）：
- 中断：外部事件，在CPU之外的事件打断了CPU，是正在运行的程序所不期望的。
- 异常：是由正在执行的指令所引发的。
中断与异常的总结：
中断/异常机制工作原理
中断/异常机制是由硬件和软件相互配合来作用的
- 硬件该做什么事？-- 中断/异常响应 “响应”
捕获中断源发出的中断/异常处理请求，以一定的方式响应，将处理器控制权交给特定的处理程序。
(1) 中断响应：发现中断，接受中断的过程，是由中断硬件部件完成的。 在处理器控制部件中，设有中断寄存器。首先由PC寄存器得到下一条指令的地址，然后执行该指令，处理器会在一个称为中断检查或中断扫描的阶段，读取中断状态寄存器的内容，以判断是否有中断请求需要处理(在一些计算机体系结构中，有一个专门的中断状态寄存器或中断检测寄存器（Interrupt Status/Flag Register），用于记录当前是否有中断请求待处理。这个寄存器中的位或标志位表示每个中断请求线的状态，比如被置为1表示对应的中断请求被触发或挂起，被置为0表示没有中断请求。) 如果有中断，中断硬件会将该中断触发器中的内容按照规定的编码方式送入PSW寄存器，称为中断码，通过查中断向量表引出中断处理程序；如果没有中断或者禁止中断，则会继续执行下一条指令。
(2) 中断向量表：
每一行其实就是一个个的中断向量：中断向量就是一个内存单元，存放中断处理程序入口地址和程序运行时所需要的处理机状态字。
例如Linux中的中断向量表：
(3) 中断响应详细示意图：
(4) 补充：PSW寄存器，PC寄存器
PSW寄存器和PC寄存器是计算机中的两种特殊寄存器，常用于处理器的控制和状态管理。
- PSW寄存器（Program Status Word/Register）： PSW寄存器是程序状态字或程序状态寄存器，有时也称为标志寄存器（Flags Register）。它通常是一个包含多个标志位的二进制数值。这些标志位用于记录处理器的状态和条件。常见的标志位包括：
- 进位标志（Carry Flag）：记录在算术操作中的进位情况。
- 零标志（Zero Flag）：指示结果是否为零。
- 符号标志（Sign Flag）：用于指示结果的符号（正或负）。
- 溢出标志（Overflow Flag）：记录有符号数运算中是否发生了溢出。
- 奇偶标志（Parity Flag）：记录结果中1的个数，用于奇偶校验。
这些标志位由计算机硬件根据特定的条件设置或清除。程序可以通过检查这些标志位来确定上一条指令的执行结果，从而进行条件分支或错误处理。
- PC寄存器（Program Counter）： PC寄存器是一个用于存储当前正在执行的指令地址的寄存器。在计算机执行程序时，处理器通过PC寄存器来跟踪即将要执行的指令的地址。当一条指令执行完毕后，PC寄存器的值会更新为下一条指令的地址，以便顺序执行程序。PC寄存器在计算机中扮演着非常重要的角色，它实现了指令的顺序执行，是程序控制流的基础。例如，当程序需要执行函数调用、条件跳转或循环时，PC寄存器的值会根据特定的条件或指令内容进行更新，从而实现不同的控制流程。
总结：PSW寄存器用于记录处理器的状态和条件，而PC寄存器用于存储下一条要执行的指令的地址，从而实现程序的顺序执行。这两个寄存器都是计算机中关键的组成部分，用于控制和管理计算机的执行过程。
- 软件该做什么事？-- 中断/异常处理程序 “处理”
识别中断/异常类型并完成相应的处理
中断/异常机制小结：
中断/异常机制实例
-- X86处理器对中断/异常的支持
中断：由硬件信号引发的，分为可屏蔽和不可屏蔽中断。
异常：由指令执行引发的，比如除零异常。80x86处理器发布了大约20种不同的异常。对于某些异常，CPU会在执行异常处理程序之前产生硬件出错码，并压入内核态堆栈。
系统调用：异常的一种，用户态到内核态的唯一入口。
