中断和异常

中断的作用

“中断”会使 CPU 由用户态变为内核态，使操作系统重新夺回对 CPU 的控制权

在合适的情况下，操作系统内核会把 CPU 的使用权主动让给应用程序（第二章进程管理相关内容）

“中断”是让操作系统内核夺回 CPU 使用权的唯一途径

如果没有“中断”机制，那么一旦应用程序上 CPU 运行， CPU 就会一直运行这个应用程序

中断的类型

分为两种，分别是内中断和外中断

考试中这两种中断一般会有狭义上的称呼即异常和中断

内中断（异常）

与当前执行的指令有关，中断信号来源于 CPU 内部

能够引发内中断的情况有：

1. 试图在用户态执行特权指令

2. 程序执行过程中发生了异常（比如除以 0 ）

例子 1 ~ 2

若当前执行的指令是非法的，则会引发一个中断信号

3. 应用程序想请求操作系统内核的服务，此时会执行一条特殊的指令——陷入指令，该指令会引发一个内部中断信号

陷入指令

执行“陷入指令”，意味着应用程序主动地将 CPU 控制权还给操作系统内核。“系统调用”就是通过陷入指令完成的

异常的分类

• 陷阱、陷入、访管 （ trap ）

由陷入指令引发，是应用程序故意引发的

• 故障 （ fault ）

由错误条件引起的，可能被内核程序修复。内核程序修复故障后会把 CPU 使用权还给应用程序，让它继续执行下去。如:缺页故障

• 终止 （ abort ）

由致命错误引起，内核程序无法修复该错误，因此一般不再将 CPU 使用权还给引发终止的应用程序，而是直接终止该应用程序。如:整数除 0 、非法使用特权指令

外中断（中断）

与当前执行的指令无关，中断信号来源于 CPU 外部

能够引发外中断的情况有：

1. 时钟中断——由时钟部件发来的中断信号（时钟部件每隔一个时间片（如 50ms ）会给 CPU 发送一个时钟中断信号）

例子 1

时钟中断主要用于不同时间片处理不同的应用程序，实现操作系统并发的特性

2. I/O 中断——由输入 / 输出设备发来的中断信号

中断机制的原理

不同的中断信号，需要用不同的中断处理程序来处理。当 CPU 检测到中断信号后，会根据中断信号的类型去查询“中断向量表”，以此来找到相应的中断处理程序在内存中的存放位置。