Linux的中斷響應流程是什么
時間：2023-11-01 來源：華清遠見
為了提高外部事件處理的實時性，現在的處理器幾乎無一例外地都含有中斷控制器，外設也大都帶中斷觸發的功能。為了能支持這一特性，Linux系統中設計了一個中斷子系統來管理系統中的中斷。
Linux的中斷響應流程如下：
1.硬件觸發中斷：外部硬件設備（例如網卡、鍵盤等）向處理器發送中斷信號。對于Linux系統，CPU無法預先為所有外設設計和預留接口，因此需要一個中斷控制器PIC接收外設中斷信號，并轉發給CPU。該類中斷通常為共享中斷，由軟件標示符區分不同來源。
2.CPU檢測中斷：CPU檢測中斷是指處理器通過中斷控制器（如APIC或IOAPIC）來檢測到外部硬件設備發出的中斷信號。
在計算機系統中，中斷控制器負責接收來自外部硬件設備的中斷請求，并將其傳遞給CPU進行處理。中斷控制器通常位于主板上，它可以監測和管理多個硬件設備的中斷請求。
當外部硬件設備需要向CPU報告一個事件時（例如，鍵盤輸入、網絡數據到達等），它會向中斷控制器發送中斷信號。中斷控制器接收到中斷信號后，將根據相應的中斷引腳或中斷線路來確定是哪個硬件設備觸發了中斷。
一旦中斷控制器檢測到中斷信號，并確定了是哪個設備觸發的中斷，它會將中斷信息發送給處理器。處理器通過檢查中斷控制器的狀態寄存器或通過特定的總線信號來獲取中斷信號的相關信息，并將其作為中斷事件的觸發條件。
當處理器檢測到中斷信號后，根據中斷號（中斷向量）來索引相應的中斷處理程序，并開始執行相應的中斷處理代碼，以響應中斷事件。
總之，CPU檢測中斷是指處理器通過中斷控制器來獲取外部設備發出的中斷信號，并將其作為觸發中斷處理程序執行的依據。這種機制使得處理器能夠及時響應來自外部設備的事件和請求。
3.中斷向量索引：中斷向量索引是指處理器根據中斷信號的源頭確定對應的中斷號（中斷向量），從而可以找到相應的中斷處理程序。
中斷向量是一個用于索引中斷處理程序的編號。具體來說，當中斷發生時，由中斷控制器將中斷源的標識傳遞給處理器。處理器會根據該標識來查找對應的中斷向量。
在x86架構的計算機系統中，中斷向量是一個無符號8位整數，范圍從0至255。每個中斷向量都對應著一個特定的中斷類型或事件。例如，中斷向量0對應著除零錯誤異常，中斷向量1對應著調試異常等。
當處理器接收到中斷信號后，它會將中斷號作為索引，從中斷描述符表（Interrupt Descriptor Table，IDT）中獲取相應的中斷描述符。中斷描述符中包含了與中斷相關的信息，包括中斷處理程序的入口地址、特權級別、標志位等。
通過中斷向量索引，處理器可以快速找到對應的中斷處理程序，并開始執行相應的中斷處理代碼，以響應中斷事件。
需要注意的是，不同的操作系統和架構可能有不同的中斷向量和中斷處理機制，但基本的思想是一致的：通過中斷向量索引來確定對應的中斷號，從而調用相應的中斷處理程序。
4.保存當前上下文：處理器在進入中斷處理程序之前，會將當前執行的指令位置、寄存器值和標志位等上下文信息保存到內核棧中，以便在中斷處理完成后能夠恢復現場。
5.調用中斷處理程序：除了響應系統調用外，內核也要響應設備的服務請求，這稱為中斷，它會中斷當前的執行。
內核根據中斷號查找相應的中斷處理程序，并開始執行該程序。中斷處理程序是由內核開發者編寫的特定代碼，用于處理特定的中斷事件。
6.中斷處理程序執行：中斷處理程序的執行是指處理器在接收到中斷信號后，跳轉到相應的中斷處理程序，并開始執行其中的代碼。
中斷處理程序是一段特定的代碼，用于處理特定類型的中斷事件。當中斷發生時，處理器會根據中斷號（中斷向量）從中斷描述符表（IDT）或其他中斷向量表中獲取中斷處理程序的入口地址。
中斷處理程序根據中斷的類型和設備進行相應的操作，例如讀取數據、寫入數據、更改設備狀態等。
7.中斷處理程序退出：中斷處理程序退出是指中斷處理程序執行完畢后，通過中斷返回指令（IRET）退出，并將控制權返回給被中斷的程序或操作系統內核。
當中斷處理程序完成了對中斷事件的處理后，它需要進行清理工作并恢復現場，然后通過執行中斷返回指令來退出。中斷返回指令通常會從內核棧中恢復之前保存的上下文信息，包括寄存器的值、標志位等。這樣做可以確保CPU回到正確的狀態，并繼續執行被中斷的程序或操作系統內核。
在執行中斷返回指令之后，控制權會回到之前被中斷的位置，被中斷的程序或內核可以繼續執行下一條指令，從而完成中斷處理過程。這個過程完全透明，被中斷的程序無需知道發生了中斷，它可以繼續按照正常流程運行而不受影響。
需要注意的是，中斷處理程序退出后，如果還有其他待處理的中斷事件，則操作系統會繼續調度下一個中斷處理程序執行，以確保所有中斷事件都能得到及時處理。
8.恢復上下文：處理器從內核棧中恢復之前保存的上下文信息，包括寄存器的值、標志位等。
9.繼續執行：處理器從中斷被觸發的位置繼續執行被中斷的指令，以便程序可以繼續正常運行。
總而言之，Linux中斷響應流程包括中斷觸發、中斷處理程序的調用和執行、上下文的保存和恢復等步驟，以確保中斷事件可以得到及時處理，并且不會對正在運行的程序產生明顯的影響。
