1 中断机制的产生

早期计算机各个程序只能串行执行、系统资源利用低。为了解决上述问题，人们就发明了操作系统，引入了中断机制，实现了多道程序的并发执行，提高了系统资源的利用率。
中断是多程序并发执行的前提条件。

(1) 以两个进程并发运行为例，进程1在用户态运行了一段时间后，CPU会接收到计时部件（操作系统内核的时钟管理部件）发出的中断信号，表示进程1已经用完了一个时间片，CPU会切换到核心态，把CPU的使用权限交还给操作系统，操作系统内核就会对刚才的中断进行处理，操作系统知道进程1的时间片用完，就需要切换进程，在完成切换进程的一系列工作后，操作系统又会将CPU的使用权交还给用户进程。
(2) 接着进程2拿到CPU执行权就会在用户态下执行，进程2执行一段时间后，进程2发出系统调用（内中断信号），请求输出，主动要求操作系统介入工作，CPU会立即切换到核心态，把CPU的使用权限交还给操作系统，操作系统内核接管进程2系统调用请求，调用IO设备开始输出工作，然后操作系统交还CPU执行权，IO设备也会并行执行，进程2需要等待IO操作完成，所以进程1拿到CPU执行权开始运行。当执行一段时间后，IO操作完成，IO设备向CPU发送一个中断信号，此时CPU由用户态再次转换为核心态，对刚才的中断信号处理，由于IO操作完成，所以操作系统知道进程2可以恢复运行了，以完成后续工作，所以操作系统再次交还CPU执行权，让进程2再次运行。

从上面过程可以看出：

  (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运行，并由操作系统内核对中断进程处理。
  (3) 对于不同的中断信号，会进行不同的处理。

2 中断的本质

  中断的本质：发生中断就意味着需要操作系统介入，开展管理工作。
  当发生了中断，就意味着需要操作系统的介入，开展管理工作。由于操作系统的管理工作（如进程切换、分配IO设备）需要使用特权指令，因此CPU要从用户态转换为核心态。中断就可以使CPU从用户态转换为核心态，使操作系统获得计算机的控制权。因此，有了中断，才能实现多道程序并发执行。
  用户态到核心态的转换就是通过中断机制实现的，并且中断是唯一途径。
  核心态到用户态的切换时通过执行一个特权指令，将程序状态字（PSW）标志位设置为用户态。

3 中断的分类

  中断可以分为：内中断和外中断。
  内中断：内中断的信号来源于CPU内部、与当前执行的指令有关。如整数除0。
  外中断：外中断的信号来源于CPU外部、与当前执行的指令无关。如用户强制结束一个进程、IO设备完成操作发生的中断信号。

4 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、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) 恢复进程的CPU环境并退出中断，返回原进程继续往下执行。

5 小结

  (1) 中断是为了实现多道程序并发执行而引入的一种技术。
  (2) 中断的本质就是发生中断时需要操作系统介入开展管理工作。
  (3) 发生CPU会立即进入核心态，针对不同的中断信号，采取不同的处理方式。
  (4) 中断是CPU从用户态进入核心态的唯一途径。
  (5) 中断分为内中断和外中断。
  (6) 进程中断时，操作系统会保存CPU的运行环境，如程序状态字（PSW）、程序计数器、各种通用寄存器，这是为了当进程再次运行时可以从中断的状态处继续运行。

本文完

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