王道操作系统考研笔记——1.1.5 中断和异常

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1.1.5 中断和异常

知识总览

1.1.5.1 中断机制的诞生

在早期的计算机中，程序只能在计算机中串行执行，如图：

后一道程序常常得等前一道程序执行完，才能开始下一道。这样的话，由于各程序只能串行执行，系统资源利用率低。

为了解决上述问题，人们发明了操作系统，引入中断机制，实现了多道程序并发执行。随即，时代进入了多道批处理阶段。

那么中断机制是什么呢？有什么用处呢？在开展下面的讲解之前，我们先要知道中断的本质，即：发生中断就意味着需要操作系统介入，开展管理工作。

如下面的例子：

当并发执行的程序中，有些程序需要完成从用户态到核心态之间的切换。那么在CPU收到计时部件发出的中断信号后，操作系统此刻就会介入，完成程序由用户态转为核心态的过程。

所以用上述的例子，你可以简单理解为中断的意思就是：到点了，用现在比较流行的梗就是：三点啦，饮茶先啦！

1.1.5.2 中断的概念和作用

经过前面的讲解，我们大概可以知道这么几件事。

• 当中断发生时，CPU立刻进入核心态。
• 当中断发生后，当前运行的进程暂停运行，并由操作系统内核对中断进行处理。
• 对于不同的中断信号，会进行不同的处理。

发生了中断，就意味着需要操作系统介入，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。中断可以使CPU从用户态切换为核心态，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。

所以用户态和核心态是如何实现相互切换的呢？

用户态→核心态的过程中，是通过中断实现的，而且中断是实现的唯一方法。

而核心态→用户态的过程，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”。

1.1.5.3 中断的分类

中断大体可以分为两类：内中断和外中断，外中断一般也叫做“中断”，但是是狭义中断；而我们提到的所有中断是广义上的中断。

如图所示：

内中断和外中断是根据CPU的内外部来判断的，如果和当前执行的指令有关，说明是在CPU内部发生的，属于内中断；而如果和当前执行的指令无关，说明是在CPU外部发生的，属于外中断。

在考试中，主要是给出一个事件，要我们判断属于哪类中断，至于具体的情况，只作为了解。

此外，内中断还有一种分类方式，这里也给出示意图，大家可以自行学习。

1.1.5.4 小结

• 中断的概念和作用
• 中断的分类

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