操作系统的中断和异常

1、中断机制的诞生2、中断的概念和作用3、中断的分类4、外中断的处理过程

中断机制的诞生

1、早期的计算机只能串行执行，系统资源利用率低。为了解决这个问题，人们发明了操作系统（作为计算机的管理者），引入中断机制，实现了多道程序并发执行。

2、发生中断就意味着需要操作系统接入，开展管理工作。由于操作系统的管理工作（比如进程切换、分配I/o设备等）需要使用特权指令，因此CPU要从用户态转为核心态。中断可以视CPU从用户态切换为核心态，视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。

3、用户态和核心态的切换是通过中断实现的，并且中断是切换的唯一途径。核心态到用户态的切换是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。

中断的分类

1、中断分为内中断和外中断。内中断（也称异常、例外、陷入）信号来源是CPU内部，与当前执行的指令有关，外中断（狭义的中断）信号的来源是CPU外部，与当前执行的指令无关。

2、内中断可以分为自愿中断和强迫中断，自愿中断是指指令中断，如系统调用时使用的访管指令（又叫陷入指令、trap指令），强迫中断是指硬件故和软件故障（如整数除0）。

3、内中断还可以分为陷入（trap）、故障（fault）和终止（abort）。陷入指有意而为之的异常，如系统调用。故障指由错误条件引起的，可能被故障处理程序修复，如缺页。终止指不可恢复的致命错误造成的结果，终止处理程序不再将控制返回给引发终止的应用程序，如整数除0。

4、外中断可以分为外设请求（如I/O操作完成发出的中断信号）和人工干预（如用户强行终止进程）。

外中断的处理过程

1、执行完每个指令之后，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）。

3、根据中断信号类型转入相应的中断处理程序。

4、中断程序处理结束后，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程序。