【操作系统】中断和异常

1.中断机制的诞生

（1）早期的程序串行执行，资源利用率低。

（2）后续发明了操作系统，引入了中断机制，实现了多道程序并发执行。
本质上：操作系统作为计算机的管理者，发生中断意味着需要操作系统介入，开展管理工作。

2.中断的概念和作用

（1）当中断发生时，CPU立即进入核心态。
（2）当中断发生后，当前运行的进程暂停执行，并由操作系统内核对中断进行处理。
（3）对不同的中断信号，会进行不同的处理。

由于操作系统的管理工作，（如进程切换、分配I/O等）需要使用特权指令，因此CPU要从用户态转为和心态。中断可以使CPU从用户态转为核心态，使操作系统获得计算机的控制权。有了中断，才能实现多道程序并发执行。

（4）用户态和核心态之间的转换
用户态-->核心态：通过中断可以实现用户态-->核心态，并且中断是唯一途径。
核心态-->用户态：通过执行一个特权指令，将程序状态字（PSW）的标志位设置为用户态。

3.中断的分类

（1）内中断（异常、例外、陷入）
中断信号来源：CPU内部，与当前执行的指令有关。
又可分为

自愿中断
- 指令中断
强迫中断
- 硬件故障（如：缺页）
- 软件中断（如：整数除0）

（2）外中断（中断）
中断信号的来源：CPU外部，与当前执行的指令无关。
又可分为

外设请求：如I/O操作完成发出的中断信号。
人工干预：如用户清醒终止一个进程。

（3）中断的另一种分类

4.外中断的处理过程

（1）执行完每个指令后，CPU都要检查当前是否有外部中断信号。
（2）如果检测到外部中断信号，则需要保护被中断进程的CPU环境（如程序状态字PSW、程序计数器PC、各种通用寄存器），就像游戏打到一半，发生了中断，保存游戏数据。
（3）根据中断信号类型转入相应的中断处理程序
（4）恢复原进程的CPU环境并退出中断，返回原进程继续往下执行。