什么是中断
Linux 内核需要对连接到计算机上的所有硬件设备进行管理,毫无疑问这是它的份内事。如果要管理这些设备,首先得和它们互相通信才行,一般有两种方案可实现这种功能:
轮询(polling) 让内核定期对设备的状态进行查询,然后做出相应的处理; 中断(interrupt) 让硬件在需要的时候向内核发出信号(变内核主动为硬件主动)。 第一种方案会让内核做不少的无用功,因为轮询总会周期性的重复执行,大量地耗用 CPU 时间,因此效率及其低下,所以一般都是采用第二种方案 。
从物理学的角度看,中断是一种电信号,由硬件设备产生,并直接送入中断控制器(如 8259A)的输入引脚上,然后再由中断控制器向处理器发送相应的信号。处理器一经检测到该信号,便中断自己当前正在处理的工作,转而去处理中断。此后,处理器会通知 OS 已经产生中断。这样,OS 就可以对这个中断进行适当的处理。不同的设备对应的中断不同,而每个中断都通过一个唯一的数字标识,这些值通常被称为中断请求线。
中断分类
中断可分为同步(synchronous)中断和异步(asynchronous)中断:
1. 同步中断是当指令执行时由 CPU 控制单元产生,之所以称为同步,是因为只有在一条指令执行完毕后 CPU 才会发出中断,而不是发生在代码指令执行期间,比如系统调用。
2. 异步中断是指由其他硬件设备依照 CPU 时钟信号随机产生,即意味着中断能够在指令之间发生,例如键盘中断。
根据 Intel 官方资料,同步中断称为异常(exception),异步中断被称为中断(interrupt)。
中断可分为可屏蔽中断(Maskable interrupt)和非屏蔽中断(Nomaskable interrupt)。异常可分为故障(fault)、陷阱(trap)、终止(abort)三类。
从广义上讲,中断可分为四类:中断、故障、陷阱、终止。这些类别之间的异同点请参看 表 1。
表 1:中断类别及其行为 类别 原因 异步/同步 返回行为 中断 来自I/O设备的信号 异步 总是返回到下一条指令 陷阱 有意的异常 同步 总是返回到下一条指令 故障 潜在可恢复的错误 同步 返回到当前指令 终止 不可恢复的错误 同步 不会返回
X86 体系结构的每个中断都被赋予一个唯一的编号或者向量(8 位无符号整数)。非屏蔽中断和异常向量是固定的,而可屏蔽中断向量可以通过对中断控制器的编程来改变。