interrupt（中断处理机制的探究）

中断是操作系统内部最重要的一个概念，所有进程的执行都可以发生中断，而中断的合理处理是保证操作系统稳定性的关键。本文将探究中断机制的原理和实现。

中断的基本概念

中断是指在操作系统运行过程中，硬件或软件向处理器发送的信号，处理器接受信号后，暂停当前任务，转而执行相应的中断服务程序，完成相应的操作后，恢复原来执行的程序。中断分为外部中断和软中断。

其中外部中断是由硬件设备所产生的，比如说硬盘的读写操作要求CPU响应，软中断则是由应用程序所产生的。通常情况下，CPU会将上下文状态保存到中断栈中，以便在中断服务程序完成后能够继续执行原来的任务。

中断机制的实现

实现中断机制需要做以下几步：

• 定义中断向量表。这个表格记录了每种中断的处理程序在内存中的地址。
• 定义中断触发源。中断触发源是中断产生的源头，一般由硬件设备产生。比如说，硬盘读取完成后就会向 CPU 发出中断请求。
• 保存上下文，调用中断处理程序。在 CPU 接受到中断请求后，操作系统必须保留 CPU 当前运行的上下文信息，并且调用相应的中断处理程序。
• 中断处理程序的执行。中断处理程序会进行一些特定的操作，比如说响应硬盘读取完成的中断请求，然后将数据从内存复制到应用程序中。
• 响应返回。完成中断处理程序后，操作系统需要将上下文恢复，以便继续执行之前的操作。

中断机制的好处

中断机制的好处在于它允许操作系统响应外部交互，比如说硬盘的读写操作，而不需要等待操作完成。这使得操作系统具有更高的并发性和响应性。

此外，中断机制的实现允许操作系统支持多任务操作，允许多个程序同时运行。当一个程序等待 I/O 请求时，CPU 可以启动其他程序继续运行，而不需要等待请求完成。

中断机制的缺陷

中断机制也会存在一些缺陷，比如说它会引入一些不稳定因素。由于中断是由硬件设备产生的，操作系统必须保证中断处理程序的运行迅速而不会占用过多的资源。否则，一些关键的操作可能无法完成。

此外，由于中断机制的存在，操作系统对 CPU 资源的利用会存在一定的浪费，因为 CPU 可能会在等待 I/O 请求的时候空闲，这也会导致一些性能问题。

结论

中断机制是操作系统核心的一部分，能够使得操作系统具有更高的并发性和响应性。在实际应用中，操作系统需要根据具体情况对中断机制进行必要的优化，以便最大化利用 CPU 和其他资源，保证操作系统的稳定性和高效性。