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  • 中断挂起的概念: 1. 因为某种原因,中断不能马上执行,所以“挂起”等待。 2. 等程序可以中断,在执行“响应挂起的中断” 比如有高、低级别的中断同时发生,就挂起低级别中断,等高级别中断程序执行完,在执行低...
  • 中断及中断处理过程

    2020-12-20 04:41:16
    中断及中断处理过程1. 中断和异常的概念区别Intel的官方文档里将中断和异常理解为两种中断当前程序执行的不同机制。这是中断和异常的共同点。不同点在于:中断(interrupt)是异步的事件,典型的比如由I/O设备触发;...

    中断及中断处理过程

    1. 中断和异常的概念区别

    Intel的官方文档里将中断和异常理解为两种中断当前程序执行的不同机制。这是中断和异常的共同点。不同点在于:

    中断(interrupt)是异步的事件,典型的比如由I/O设备触发;异常(exception)是同步的事件,典型的比如处理器执行某条指令时发现出错了等等。

    中断又可以分为可屏蔽中断和非可屏蔽中断,异常又分为故障、陷阱和异常中止3种,它们的具体区别很多书籍和官方文档都解释的比较清楚这里不再赘述。

    关于它们的区别有两点是需要注意的:

    1)平常所说的屏蔽中断是不包括异常的,即异常不会因为CPU的IF位被清(关中断,指令:cli)而受影响,比如缺页异常,即使关了中断也会触发CPU的处理。

    2)通常说的int 80h这种系统调用使用的中断方式实际上硬件上是理解为异常处理的,因此也不会被屏蔽掉,这也很好理解,int 80h这种中断方式是程序里主动触发的,对于CPU来说属于同步事件,因此也就属于异常的范畴。

    2. 中断(异常)处理过程

    需要明确的一点是CPU对于中断和异常的具体处理机制本质上是完全一致的,即:

    当CPU收到中断或者异常的信号时,它会暂停执行当前的程序或任务,通过一定的机制跳转到负责处理这个信号的相关处理程序中,在完成对这个信号的处理后再跳回到刚才被打断的程序或任务中。这里只描述保护模式下的处理过程,搞清楚了保护模式下的处理过程(更复杂),实模式下的处理机制也就容易理解了。

    具体的处理过程如下:

    0)中断响应的事前准备:

    系统要想能够应对各种不同的中断信号,总的来看就是需要知道每种信号应该由哪个中断服务程序负责以及这些中断服务程序具体是如何工作的。系统只有事前对这两件事都知道得很清楚,才能正确地响应各种中断信号和异常。

    [a]系统将所有的中断信号统一进行了编号(一共256个:0~255),这个号称为中断向量,具体哪个中断向量表示哪种中断有的是规定好的,也有的是在给定范围内自行设定的。

    中断向量和中断服务程序的对应关系主要是由IDT(中断向量表)负责。操作系统在IDT中设置好各种中断向量对应的中断描述符(一共有三类中断门描述符:任务门、中断门和陷阱门),留待CPU查询使用。而IDT本身的位置是由idtr保存的,当然这个地址也是由OS填充的。

    [b]中断服务程序具体负责处理中断(异常)的代码是由软件,也就是操作系统实现的,这部分代码属于操作系统内核代码。也就是说从CPU检测中断信号到加载中断服务程序以及从中断服务程序中恢复执行被暂停的程序,这个流程基本上是硬件确定下来的,而具体的中断向量和服务程序的对应关系设置和中断服务程序的内容是由操作系统确定的。

    1)CPU检查是否有中断/异常信号

    CPU在执行完当前程序的每一条指令后,都会去确认在执行刚才的指令过程中中断控制器(如:8259A)是否发送中断请求过来,如果有那么CPU就会在相应的时钟脉冲到来时从总线上读取中断请求对应的中断向量[2]。

    对于异常和系统调用那样的软中断,因为中断向量是直接给出的,所以和通过IRQ(中断请求)线发送的硬件中断请求不同,不会再专门去取其对应的中断向量。

    2)根据中断向量到IDT表中取得处理这个向量的中断程序的段选择符

    CPU根据得到的中断向量到IDT表里找到该向量对应的中断描述符,中断描述符里保存着中断服务程序的段选择符。

    3)根据取得的段选择符到GDT中找相应的段描述符

    CPU使用IDT查到的中断服务程序的段选择符从GDT中取得相应的段描述符,段描述符里保存了中断服务程序的段基址和属性信息,此时CPU就得到了中断服务程序的起始地址。

    这里,CPU会根据当前cs寄存器里的CPL和GDT的段描述符的DPL,以确保中断服务程序是高于当前程序的,如果这次中断是编程异常(如:int 80h系统调用),那么还要检查CPL和IDT表中中断描述符的DPL,以保证当前程序有权限使用中断服务程序,这可以避免用户应用程序访问特殊的陷阱门和中断门[3]。

    4)CPU根据特权级的判断设定即将运行的中断服务程序要使用的栈的地址

    CPU会根据CPL和中断服务程序段描述符的DPL信息确认是否发生了特权级的转换,比如当前程序正运行在用户态,而中断程序是运行在内核态的,则意味着发生了特权级的转换,这时CPU会从当前程序的TSS信息(该信息在内存中的首地址存在TR寄存器中)里取得该程序的内核栈地址,即包括ss和esp的值,并立即将系统当前使用的栈切换成新的栈。这个栈就是即将运行的中断服务程序要使用的栈。紧接着就将当前程序使用的ss,esp压到新栈中保存起来。

    6)保护当前程序的现场

    CPU开始利用栈保护被暂停执行的程序的现场:依次压入当前程序使用的eflags,cs,eip,errorCode(如果是有错误码的异常)信息。

    官方文档[1]给出的栈变化的示意图如下:

    7)跳转到中断服务程序的第一条指令开始执行

    CPU利用中断服务程序的段描述符将其第一条指令的地址加载到cs和eip寄存器中,开始执行中断服务程序。这意味着先前的程序被暂停执行,中断服务程序正式开始工作。

    8)中断服务程序处理完毕,恢复执行先前中断的程序

    在每个中断服务程序的最后,必须有中断完成返回先前程序的指令,这就是iret(或iretd)。程序执行这条返回指令时,会从栈里弹出先前保存的被暂停程序的现场信息,即eflags,cs,eip重新开始执行。

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  • 中断和中断处理流程

    千次阅读 2020-12-20 04:41:20
    1. 中断概念中断是指由于接收到来自外围硬件(相对于中央处理器和内存)的异步信号或来自软件的同步信号,而进行相应的硬件/软件处理。发出这样的信号称为进行中断请求(interrupt request,IRQ)。硬件中断导致处理器...

    1. 中断概念

    中断是指由于接收到来自外围硬件(相对于中央处理器和内存)的异步信号或来自软件的同步信号,而进行相应的硬件/软件处理。发出这样的信号称为进行中断请求(interrupt request,IRQ)。硬件中断导致处理器通过一个上下文切换(context switch)来保存执行状态(以程序计数器和程序状态字等寄存器信息为主);软件中断则通常作为CPU指令集中的一个指令,以可编程的方式直接指示这种上下文切换,并将处理导向一段中断处理代码。中断在计算机多任务处理,尤其是实时系统中尤为有用。这样的系统,包括运行于其上的操作系统,也被称为“中断驱动的”(interrupt-driven)。

    中断是一种使CPU中止正在执行的程序而转去处理特殊事件的操作,这些引起中断的事件称为中断源,它们可能是来自外设的输入输出请求,也可能是计算机的一些异常事故或其它内部原因。

    中断:在运行一个程序的过程中,断续地以“插入”方式执行一些完成特定处理功能的程序段,这种处理方式称为中断。

    2. 中断的作用

    并行操作

    硬件故障报警与处理

    支持多道程序并发运行,提高计算机系统的运行效率

    支持实时处理功能

    3. 术语

    按中断源进行分类:发出中断请求的设备称为中断源。按中断源的不同,中断可分为

    内中断:即程序运行错误引起的中断

    外中断:即由外部设备、接口卡引起的中断

    软件中断:由写在程序中的语句引起的中断程序的执行,称为软件中断

    允许/禁止(开/关)中断: CPU通过指令限制某些设备发出中断请求,称为屏蔽中断。从CPU要不要接收中断即能不能限制某些中断发生的角度 ,中断可分为

    可屏蔽中断 :可被CPU通过指令限制某些设备发出中断请求的中断, 那是不是意味着进中断时disable整个中断,其实disable的都是可屏蔽中断?

    不可屏蔽中断:不允许屏蔽的中断如电源掉电

    中断允许触发器:在CPU内部设置一个中断允许触发器,只有该触发器置“1”,才允许中断;置“0”,不允许中断。

    指令系统中,开中断指令,使中断触发器置“1”

    关中断指令,使中断触发器置“0”

    中断优先级:为了管理众多的中断请求,需要按每个(类)中断处理的急迫程度,对中断进行分级管理,称其为中断优先级。在有多个中断请求时,总是响应与处理优先级高的设备的中断请求。

    中断嵌套:当CPU正在处理优先级较低的一个中断,又来了优先级更高的一个中断请求,则CPU先停止低优先级的中断处理过程,去响应优先级更高的中断请求,在优先级更高的中断处理完成之后,再继续处理低优先级的中断,这种情况称为中断嵌套。

    Intel的官方文档里将中断和异常理解为两种中断当前程序执行的不同机制。这是中断和异常的共同点。不同点在于:

    中断(interrupt)是异步的事件,典型的比如由I/O设备触发;异常(exception)是同步的事件,典型的比如处理器执行某条指令时发现出错了等等。

    中断又可以分为可屏蔽中断和非可屏蔽中断,异常又分为故障、陷阱和异常中止3种,它们的具体区别很多书籍和官方文档都解释的比较清楚这里不再赘述。

    关于它们的区别有两点是需要注意的:

    平常所说的屏蔽中断是不包括异常的,即异常不会因为CPU的IF位被清(关中断,指令:cli)而受影响,比如缺页异常,即使关了中断也会触发CPU的处理,回答了我上面红色部分疑问。

    通常说的int 80h这种系统调用使用的中断方式实际上硬件上是理解为异常处理的,因此也不会被屏蔽掉,这也很好理解,int 80h这种中断方式是程序里主动触发的,对于CPU来说属于同步事件,因此也就属于异常的范畴。

    4. 中断(异常)处理过程

    需要明确的一点是CPU对于中断和异常的具体处理机制本质上是完全一致的,即:

    当CPU收到中断或者异常的信号时,它会暂停执行当前的程序或任务,通过一定的机制跳转到负责处理这个信号的相关处理程序中,在完成对这个信号的处理后再跳回到刚才被打断的程序或任务中。这里只描述保护模式下的处理过程,搞清楚了保护模式下的处理过程(更复杂),实模式下的处理机制也就容易理解了。

    具体的处理过程如下:

    1)  中断响应的事前准备:

    系统要想能够应对各种不同的中断信号,总的来看就是需要知道每种信号应该由哪个中断服务程序负责以及这些中断服务程序具体是如何工作的。系统只有事前对这两件事都知道得很清楚,才能正确地响应各种中断信号和异常。

    系统将所有的中断信号统一进行了编号(一共256个:0~255),这个号称为中断向量,具体哪个中断向量表示哪种中断有的是规定好的,也有的是在给定范围内自行设定的。  中断向量和中断服务程序的对应关系主要是由IDT(中断向量表)负责。操作系统在IDT中设置好各种中断向量对应的中断描述符(一共有三类中断门描述符:任务门、中断门和陷阱门),留待CPU查询使用。而IDT本身的位置是由idtr保存的,当然这个地址也是由OS填充的。

    中断服务程序具体负责处理中断(异常)的代码是由软件,也就是操作系统实现的,这部分代码属于操作系统内核代码。也就是说从CPU检测中断信号到加载中断服务程序以及从中断服务程序中恢复执行被暂停的程序,这个流程基本上是硬件确定下来的,而具体的中断向量和服务程序的对应关系设置和中断服务程序的内容是由操作系统确定的。

    2) CPU检查是否有中断/异常信号

    CPU在执行完当前程序的每一条指令后,都会去确认在执行刚才的指令过程中中断控制器(如:8259A)是否发送中断请求过来,如果有那么CPU就会在相应的时钟脉冲到来时从总线上读取中断请求对应的中断向量[2]。

    对于异常和系统调用那样的软中断,因为中断向量是直接给出的,所以和通过IRQ(中断请求)线发送的硬件中断请求不同,不会再专门去取其对应的中断向量。

    3) 根据中断向量到IDT表中取得处理这个向量的中断程序的段选择符

    CPU根据得到的中断向量到IDT表里找到该向量对应的中断描述符,中断描述符里保存着中断服务程序的段选择符。

    4) 根据取得的段选择符到GDT中找相应的段描述符

    CPU使用IDT查到的中断服务程序的段选择符从GDT中取得相应的段描述符,段描述符里保存了中断服务程序的段基址和属性信息,此时CPU就得到了中断服务程序的起始地址。这里,CPU会根据当前cs寄存器里的CPL和GDT的段描述符的DPL,以确保中断服务程序是高于当前程序的,如果这次中断是编程异常(如:int 80h系统调用),那么还要检查CPL和IDT表中中断描述符的DPL,以保证当前程序有权限使用中断服务程序,这可以避免用户应用程序访问特殊的陷阱门和中断门[3]。

    5) CPU根据特权级的判断设定即将运行的中断服务程序要使用的栈的地址

    CPU会根据CPL和中断服务程序段描述符的DPL信息确认是否发生了特权级的转换,比如当前程序正运行在用户态,而中断程序是运行在内核态的,则意味着发生了特权级的转换,这时CPU会从当前程序的TSS信息(该信息在内存中的首地址存在TR寄存器中)里取得该程序的内核栈地址,即包括ss和esp的值,并立即将系统当前使用的栈切换成新的栈。这个栈就是即将运行的中断服务程序要使用的栈。紧接着就将当前程序使用的ss,esp压到新栈中保存起来。也就说比如当前在某个函数中,使用的栈,在中断发生时,需要切换新的栈。

    6) 保护当前程序的现场

    CPU开始利用栈保护被暂停执行的程序的现场:依次压入当前程序使用的eflags,cs,eip,errorCode(如果是有错误码的异常)信息。

    官方文档[1]给出的栈变化的示意图如下:

    7) 跳转到中断服务程序的第一条指令开始执行

    CPU利用中断服务程序的段描述符将其第一条指令的地址加载到cs和eip寄存器中,开始执行中断服务程序。这意味着先前的程序被暂停执行,中断服务程序正式开始工作。

    8) 中断服务程序处理完毕,恢复执行先前中断的程序

    在每个中断服务程序的最后,必须有中断完成返回先前程序的指令,这就是iret(或iretd)。程序执行这条返回指令时,会从栈里弹出先前保存的被暂停程序的现场信息,即eflags,cs,eip重新开始执行。

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  • 中断处理过程

    万次阅读 2019-08-13 16:05:45
    概念 中断全过程指的是从中断源发出中断请求开始,CPU响应这个请求,现行程序被中断,转至中断服务程序,直到中断...大体上可以把中断全过程分为5个阶段:中断请求、中断判优、中断响应、中断处理和中断返回。 ...

    中断
    在CPU执行程序的过程中,出现了某种紧急情况或异常的事件时,暂停正在执行的程序,转去处理该事件,并在处理完该事件之后返回断点处(指返回主程序时执行的第一条指令的地址)继续执行刚刚被暂停的程序。
    中断源
    任何引发中断的事件。
    中断分类
    1)硬件中断(即外中断)
    (1)非屏蔽中断(NMI):整个系统只有一个。
    (2)可屏蔽中断(INTR)
    2)软件中断(内中断)
    (1)除法错误中断
    (2)溢出中断
    (3)单步中断
    (4)断点中断
    (5)中断指令INT n中断
    单步中断和断点中断用来调试程序
    中断优先级:8086的中断优先级排序:内中断(除单步中断),NMI,INTR,单步中断。
    中断向量表:是存放中断向量(中断服务程序的入口地址)的一个特定的内存区域。这里有必要注意一下,8086可以处理256种中断。
    中断处理步骤
    (1)中断请求:中断源向CPU发出中断请求
    (2)中断响应
    (3)保护断点和现场:以便在中断服务程序执行后正确的返回主程序。
    (4)中断处理
    (5)中断返回
    8086中断处理步骤
    (1)内部中断以及NMI中断不需要从数据总线上读取中断类型码,而INTR需要,而且该中断类型码由发出中断请求的接口电路提供。
    (2)CPU得到中断类型码后将标志寄存器内容压入栈中(PUSHF),保护中断时标志位的状态。
    (3)令单步标志TF =0(禁止CPU以单步方式执行中断服务程序)。
    (4)令中断允许标志IF=0(即:在响应该中断后不再响应别的中断。由于CPU在中断响应时,自动将IF置为0,如果要允许中断嵌套,必须在后面的中断服务程序中用开中断指令STI重新将IF置为1)
    (6)将当前CS:IP入栈,即保护断点和现场。
    (7)根据中断类型码在中断向量表中找到相应中断服务程序的入口地址,将其装入CS:IP,转向中断服务程序。
    (8)为了保证NMI中弄断有着实质性的优先级,所以在执行中断服务之前需要再次检查是否有NMI中断。
    (9)执行中断服务程序。
    (10)IRET指令实现原CS:IP,标志寄存器的出栈,即恢复断点并返回到主程序。

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  • 中断处理的详细过程

    2021-07-31 16:36:27
    经过中断判优,中断处理进入中断响应阶段,中断响应时,CPU向中断源发出中断响应信号,同时: 保护硬件现场 关中断 保存断点 获得中断服务程序的入口地址 4. 中断服务阶段 保护现场 开中断:即允许中断服务...

    0. 一些相关概念

    0.1 内中断

    • 因为CPU内部出错导致的中断。不需要中断请求。一般与当前指令执行有关。
    • 内中断也称为异常
    • 内中断分为两类
      • 自愿中断:指令中断,比如系统调用时的访管指令
      • 强迫中断:
        • 硬件故障(要与硬件中断做区分):如缺页
        • 软件中断:如整数除0
    • 内中断按照处理情况来分类
      • 陷入:有意而为之的中断,如系统调用
      • 故障:由错误条件引起的中断,可能被中断处理程序所修复,如缺页
      • 终止:不可修改的致命错误造成的中断。中断处理程序处理完后不在将控制返回给引发终止的应用程序。比如整数除0.
    • 内部中断不能被屏蔽,一旦出现就应该立即处理

    0.2 外中断

    • 会发生中断请求。一般是有外部事件而导致的中断。
    • 外部中断的分类
      • 外设请求(就是硬件中断):IO操作完成自动给CPU送中断信号
      • 人工干预:用户强行终止一个进程
    • 外部中断按是否可屏蔽进行分类
      • 不可屏蔽中断:即使关中断时(IF=0)也会被响应
      • 可屏蔽中断:关中断时不会被响应。要等到开中断之后才会被响应

    0.3 中断源

    • 外部中断源:
      • 中慢速外设:如打印机,键盘,鼠标
      • 数据通道:如磁盘、网络
      • 实时时钟:如定时器
      • 故障源:如电源掉电、外设故障
    • 内部中断源:
      • 阶上溢
      • 非法除法
      • 缺页
      • 等等
    • 中断源配有中断标志触发器屏蔽触发器
      • 中断标志触发器:置为1表示该中断源发出来中断请求
      • 屏蔽触发器:置为1则CPU在查询中断请求时即使这个中断源有中断请求也不会去处理,而是要等到屏蔽触发器置为0后才会去处理该中断源的中断请求。

    1. 中断请求阶段

    1.1 中断请求标记

    • 每个中断源向CPU发出中断的时机是随机的
    • 为了记录这些中断事件和区分不同的中断源,中断系统为每一个中断源设置了一个中断请求标志触发器。如果某个中断源发出了中断,就将相应的标志触发器置为1
    • 对于外中断,CPU统一在每条指令执行阶段结束前向中断控制器发出中断查询信号,去查询是否有中断请求要去处理。

    2. 中断判优阶段

    • 如果有多个中断源发出了中断请求。则需要根据中断优先级选择优先级高的中断请求先进行响应
    • 中断默认优先级是由一个硬件排队器来实现的
    • 但是中断屏蔽字可以动态改变中断优先级。

    2.1 中断优先级排序原则

    1. 硬件故障中断优先级最高,其次是软件中断
    2. 不可屏蔽中断优先级高于可屏蔽中断
    3. DMA请求优于IO设备的中断请求
    4. 高速设备优于低速设备
    5. 输入设备优于输出设备
    6. 实时设备优于普通设备

    3. 中断响应阶段(中断隐指令)

    3.1 CPU响应中断必须满足的三个条件

    • 中断源有中断请求
    • CPU允许中断:即开中断
    • 一条指令执行完毕,且没有更紧迫的任务

    经过中断判优,中断处理进入中断响应阶段,中断响应时,CPU向中断源发出中断响应信号,同时:

    • 关中断
    • 保存断点(pc寄存器)
    • 获得中断服务程序的入口地址:根据中断类型号,查找中断向量表,找到中断服务程序的首地址(即中断向量

    4. 中断服务阶段

    1. 保护现场:保存中断服务程序将要使用的所有寄存器的原始内容,以便于在退出中断服务程序之前进行恢复。(通用寄存器和状态寄存器和屏蔽字
    2. 开中断:即允许中断服务程序运行时能有更高级别的中断请求出现,实现中断嵌套
    3. 中断服务:中断处理过程,这里运行中断嵌套
    4. 关中断:保证恢复线程不被打断
    5. 恢复现场:恢复主程序的中断线程,通常是将保存在堆栈中的现场信息弹出回到原来的寄存器中
    6. 开中断
    7. 中断返回:返回到原程序的断点处,继续执行原程序

    5. 中断返回阶段

    • 返回到原来程序的断点处,恢复硬件现场,继续执行原程序

    6. 补充:中断源和异常源

    6.1 中断源

    • 外部(硬件产生)的中断
      • 外部中断通过处理器上两个引脚(INTR和NMI)接收。
      • 从引脚NMI接收到信号时,就代表产生了一个不可屏蔽硬件中断,他使用固定中断向量号2
      • 从引脚INTR接收到的信号是可屏蔽硬件中断,它可以使用中断向量号0~255,可以通过标志寄存器EFLAGS中的IF标志屏蔽此类可屏蔽中断
    • 软件产生的中断
      • 通过INT n指令产生的中断。中断向量号0~255都可取
      • 软件产生的中断指令不能够屏蔽
      • 如果是 INT 2 ,则会调用NMI的中断处理程序,但此时不会激活处理器NMI处理硬件

    6.2 异常源

    • 处理器检测到的程序错误异常
      • 在应用程序或操作系统执行期间,如果处理器检测到程序错误,就会产生一个或多个异常。
      • 处理器为其能检测到每一个异常都定义了一个向量,异常可以分为故障,陷阱和中止
    • 软件产生的异常
      • 指令INTO,INT 3 和BOUND指令可以用来从软件中产生异常。
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    千次阅读 2019-12-01 15:08:06
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  • 五、中断处理程序实例 一、中断: 定义:中断就是使CPU暂时挂起当前正在进行的工作并转向某紧急事件的服务与处理程序(该服务与处理程序称为中断服务程序),在执行完中断服务程序后再返回到被中止
  • 中断处理流程

    万次阅读 2017-12-16 22:28:16
    中断概念 CPU在工作的过程中,经常需要与外设进行交互,交互的方式包括”轮询方式”,”中断方式”。 1. 轮询方式: CPU不断地查询设备的状态。该方式实现比较简单,但CPU利用率很低,不适合多任务的系统。 ...
  • 目录进程与线程进程线程中断处理过程 进程与线程 进程 概念程序在一个数据集合上运行的过程,是系统进行资源分配和调度的基本单位 特征: 动态性 并发性 独立性 制约性 结构: 程序块,数据块,进程控制块(PCB)...
  • linux 中断机制的处理过程

    千次阅读 2018-10-19 09:10:21
    中断是指在CPU正常运行期间,由于内外部事件或由程序预先安排的事件引起的CPU暂时停止正在运行的程序,转而为该内部或外部事件或预先安排的事件服务的程序中去,服务完毕后再返回去继续运行被暂时中断程序。...

空空如也

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中断处理程序的概念