31-中断和异常

在经过了大量的学习和实践后，今天终于可以抛出这个沉重的话题了。不少操作系统相关的书籍喜欢很早就在书上给什么是中断，什么是异常下了一个让人抓狂的定义，可是这对初学者来讲真的不适合。

1. 中断

1.1 中断的概念

看到这个标题，你肯定联想到之前我们学习过的中断门、中断描述表这些概念。如果把中断门玩溜了，肯定也知道

int N

这条汇编指令。不过我想告诉你的是，通过

int N

指令完成的中断，并不叫中断，相反，它属于异常范畴。到这里请不要慌，接下来请认真阅读，什么才是中断。

首先，中断由 CPU 外部的输入输出设备（硬件）发起，通常这被称为中断请求。

中断请求的目的是希望或者建议 CPU 能够暂停正在执行的指令，转而去执行中断处理程序（安装在中断描述符表中）。

如此一来，你应该能想明白

int N

指令不是中断了，因为这条指令引起的中断来源于 CPU 内部，这很重要。

而你所熟知的时钟中断，那就是名副其实的中断请求了。

1.2 可屏蔽中断与不可屏蔽中断

80x86有两条中断请求线：

非屏蔽中断线，称为NMI（NonMaskable Interrupt）

可屏蔽中断线，称为INTR（Interrupt Require）

1.2.1 可屏蔽中断

之前讲过，中断请求的目的是 希望或者建议 CPU去处理相应的例程，当然 CPU 也完全可以不用理会这些建议。这种完全可以被 CPU 忽视掉的中断称为可屏蔽中断。具体做法就是修改 CPU 中的 EFLAGS 寄存器中的 IF 位。

当 IF 位为 1 的时候，表示 CPU 当前可以接受中断请求并进行处理，当 IF 位为 0 的时候，任何中断请求都将会被 CPU 忽略。

可以通过指令

cli

来忽略中断请求，即置 IF = 0. 可以通过指令

sti

来响应中断请求，即置 IF = 1.

在硬件级，可屏蔽中断是由一块专门的芯片来管理的，通常称为中断控制器。它负责分配中断资源和管理各个中断源发出的中断请求。为了便于标识各个中断请求，中断管理器通常用IRQ(Interrupt Request) 后面加上数字来表示不同的中断.

比如：在Windows中 时钟中断的IRQ编号为0 也就是：IRQ0



既然时钟中断是外部请求，那么它一定也是可以屏蔽的啦。在单核模式下运行多线程程序时，可以关闭中断请求，从而不响应时钟中断，这种方法可以实现原子操作。不过多核的话这种方法就失效了，需要采取其它手段。

1.2.1 不可屏蔽中断

不可屏蔽中断的中断号在windows中安装在IDT表的2号位置。它不会受 IF 位的影响。当这种中断发生时，无论如何 CPU 都要去处理。

断电就是一种不可屏蔽中断。还有没有其它的不可屏蔽中断，我也表示不知道。

2. 异常

异常通常是CPU在执行指令时检测到的某些错误，比如除0、访问无效页面等。不同于中断，异常来源于 CPU 内部，它是 CPU 主动产生的。

中断与异常的区别：

中断来自于外部设备，是中断源（比如键盘）发起的，CPU是被动的.

异常来自于CPU本身，是CPU主动产生的.

INT N虽然被称为“软件中断”，但其本质是异常。EFLAG的IF位对INT N无效。

3. 总结

无论是中断还是异常，它们的处理程序都安装在了 IDT 表中，而中断和异常的最本质区别就是来源问题，中断是CPU外部产生，而异常是CPU主动产生。