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中断响应的条件
中断响应的过程
中断响应被封锁的情况
 

 
中断响应的条件
 
中断请求被响应，必须满足以下必要条件：
 （1）总中断允许开关接通，即IE寄存器中的中断总允许位EA=1。
 （2）该中断源发出中断请求，即对应的中断请求标志为“1”。
 （3）该中断源的中断允许位为1，即该中断被允许。
 （4）无同级或更高级中断正在被服务。
当CPU查询到有效的中断请求时，在满足上述条件时，紧接着就进行中断响应。
 
中断响应的过程
 
首先由硬件自动生成一条长调用指令“LCALL addr16”。就是程序存储区中相应的中断入口地址。
例如，对于外部中断1的响应，硬件自动生成的长调用指令为
 
				LCALL    0013H
 
首先将程序计数器PC的内容压入堆栈以保护断点，再将中断入口地址装入PC，使程序转向响应中断请求的中断入口地址。
各中断源服务程序的入口地址（也称中断矢量）是固定的 ，如表4-2所示。
 
 
  

两个中断入口间只相隔8字节，难以安放一个完整的中断服务程序。因此，通常在中断入口地址处放置一条无条件转移指令，使程序执行转向中断服务程序入口。
 
中断响应被封锁的情况
 
中断响应是有条件的，当遇到下列三种情况之一时，中断响应被封锁：
 
CPU正在处理同级或更高优先级的中断。
所查询的机器周期不是当前正在执行指令的最后一个机器周期。只有在当前指令执行完毕后，才能进行中断响应，以确保当前指令执行的完整性。
正在执行的指令是RETI或是访问IE或IP的指令。因为按照AT89S52中断系统的规定，在执行完这些指令后，需要再执行完一条指令，才能响应新的中断请求。
 
如果存在上述三种情况之一，CPU将丢弃中断查询结果，不能对中断进行响应。

1.中断源有中断请求
 
 
 
2.此中断源的中断允许位为1。
 
 
 
3.CPU开中断（即EA=1）。

 中断是异步过程调用，简而言之就是打断当前CPU正在执行的任务转而去执行另一个任务
 windows在初始化时，为每种中断安装了一个中断处理例程---ISR（intterupt service routine），它们储存在IDT(intterupt dispatch table中断分发表)中，每次发生中断，处理都将询问中断控制器，中断控制器会将当前发生中断映射成一个中断号，用这个中断号作为索引在IDT中查询，然后CPU将转到对应的ISR去执行（当然，此时我们还没有考虑中断请求级的问题），顺便说明，如果是多CPU，那么每个CPU都会有自己的IDT 

 中断分硬件中断和软件中断，硬件中断一般是由可中断的外部设备造成的，比如说鼠标呀，键盘呀，网卡呀，等等……
 

 软件中断一般是什么APC（
 Asynchronous 
 procedure call)调用啊，DPC(Dispatch/deferred procedure call)调用啊……貌似也就这些哦，嘿嘿
 

 
 
 

 至于中断请求级，系统为每种硬件中断定义了一个请求级，与其说定义，不如说是一种算法。比如在单CPU的X86系统上，会简单的用27减去中断号，得到中断请求级（IRQL），
 

 我们常见的x86系统上，请求级只有0-31个级别，数字越大，级别越高
 

 软件中断只有两种中断请求级，APC_LEVEL,DISPATCH_LEVEL，对应我前面说的两种软软件中断
 

 至于最后一种，PASSIVE_LEVEL，听名字你就知道，它是最低的，是被动的，所有用户模式代码和大部分驱动设备都运行在这个级别上
 

 
 
 

 中断请求级有什么用？
 

 中断请求级是控制当前处理器任务的关键，此时你必须明白，每个处理器都会有自己当前的中断请求级，这是处理器的一个状态，记住，是状态，可变的
 

 中断级其实是作为一个屏蔽界限在使用，为什么这么说？ 很简单，如果此时处理器正运行在IRQL为A上，此时所有硬件和软件产生的中断的IRQL为B，如果B<=A，B被屏蔽，如果B>A，然后处理器保存当前运行的线程环境，转到处理中断B。在B<A的情况下，处理器可能将B交给其他处理器去处理（多核情况下），也可能保留这个中断，直到某个时刻，处理器的中断请求级降下来了，满足B抢断CPU任务条件了，那么B中断就会被处理了
 

 
 
 

 看某些书时，总是会有这么醒目的一行字，
 运行在DISPATCH_LEVEL上的代码，绝对不能等待一个内核对象，也绝对不能出现页故障
 

 为什么？简单解释下
 

 如果运行在DISPATCH_LEVEL级别的代码，等待一个内核对象，那么此时CPU是闲置的，线程调度器将强制切换到另一个需要执行的线程，但是线程调度和我们此时运行的代码是同一个中断级啊，按照前面的规则，是不能打断我们的代码执行的，那么将不会有任何线程切换，CPU将一直因为我们的代码等待内核对象而空闲，这叫啥，占着茅坑不XX……嘿嘿。 至于不能发生也故障，其实也一样，因为我们的代码如果访问一个处于分页池中的内存的地址，那么将触发页故障，内存管理器将产生I/0异常，CPU此时就得等待文件系统将磁盘数据读入内存，这样一来，又是等待了，和前面等待内核对象一样，线程调度器必须调度，却调度不了，然后当前线程继续执行，访问错误的内存，继续BSOD！
 

 
 
 

 再来聊聊DPC例程：分发（或者叫调度）或延迟调用例程
 

 DPC例程，望文生义下下，运行在DISPATH_LEVEL上 = =
 

 A:分发例程调用(dispatch procedure call)
 

 1：系统的线程调度运行在DISPATCH_LEVEL上，每当一个线程时间片用完，而此时线程未完成其任务，系统将插入一个DISPATCH_LEVEL的中断请求调用线程调度器，但是它将等到当前线程完成某些任务直到其中断级降至DISPATCH_LEVEL以下，调度器才会运行。如果线程是主动结束或者等待，那么调度器将直接运行并切换线程
 

 2：对内核共享数据的访问，应该将当前线程提升至DISPATCH_LEVEL，此时任何软中断，包括线程时间片用完时系统插入的DISPATCH_LEVEL级别的线程调度中断，都将被屏蔽，直到对数据操作完，降低IRQL，其他软中断才会得以处理……这样就保证了数据在可以完整的被读写
 

 B:延迟例程调用(deferred procedure call)
 

 1：延迟例程是完成某一项不是特别紧要的任务的函数
 

 2：延迟例程以对象表示
 

 3：每个CPU都有一个延迟例程队列
 

 4：系统将在DISPATCH_LEVEL上处理延迟例程，即是，当前线程所在的CPU中断级即将从DISPATCH_LEVEL降下来，系统将保持此时的CPU中断级为DISPATCH_LEVEL，然后一个个调用DPC对象，直到DPC列为空时。另外，当满足任一一种抽空条件时，系统会执行抽空动作，若此时CPU中断级小于DISPATCH_LEVEL，系统将直接处理DPC队列并提升至DISPATCH_LEVEL……当抽空动作完成后，系统恢复原有的中断级，继续原有的任务（注意：因为DPC是在DISPATCH_LEVEL上被处理，所以延迟例程中，不能调用）
 

 
 
 

 未完待续…………

 
 

  
本文是操作系统系列第五篇，介绍操作系统中的中断机制。更多内容见公号机器学习与系统，欢迎与我互动~
 
 
概念
 
操作系统需要管理外设，但是外设的速度远远低于CPU的速度，所以我们需要一种机制来弥补这种速度鸿沟，提高CPU的效率。
 
为此我们引入了中断机制，让外设在需要操作系统处理外设相关事件的时候，能够主动通知操作系统，即打断操作系统和应用的正常执行，让操作系统完成外设的相关处理，然后在恢复操作系统和应用的正常执行。
 
当CPU收到中断或者异常的事件时，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例程中，在完成对这个事件的处理后再跳回到刚才被打断的程序或任务中。
 
分类
 
异步中断(asynchronous interrupt)，由CPU外部设备引起的外部事件如I/O中断、时钟中断、控制台中断等是异步产生的（即产生的时刻不确定），与CPU的执行无关。也称外部中断,简称中断(interrupt)。
同步中断(synchronous interrupt)，在CPU执行指令期间检测到不正常的或非法的条件(如除零错、地址访问越界)所引起的内部事件称作，也称内部中断，简称异常(exception)。
陷入中断(trap interrupt)，在程序中使用请求系统服务的系统调用而引发的事件，也称软中断(soft interrupt)。
 

中断
异常
系统调用
源头
外设
应用程序
应用程序
响应方式
异步
同步
异步或同步
处理机制
持续，对用户应用程序是透明的
杀死或者重新执行意想不到的应用程序指令
等待和持续
 
中断描述符表
 
也称中断描述符表(Interrupt Descriptor Table)。
 
在操作系统中，会预先设置一些中断处理函数，当CPU接收到中断时，会根据中断号去查找对应的处理函数，中断向量表就是记录中断号和处理函数映射关系的表。
 
中断处理机制如下：
 

 
中断、异常和系统调用都由中断向量表协调执行。
 
发生中断时，根据中断向量号查询中断向量表，根据里面的处理程序，协调设备驱动处理外部设备的中断请求
发生系统调用请求时，中断向量表查询系统调用表，然后执行对应的系统调用程序
发生异常时，查询中断向量表得到对应异常处理程序，处理异常
 
总结
 
中断机制是为了弥补CPU速度和外设速度数量级差异的机制，它的核心是中断向量表。本文只介绍概念和简单的机制，没有深入介绍中断过程中特权级转换等内容，有兴趣的同学可以查看清华大学的操作系统课程[1]。
 
参考资料
 
[1]
 
操作系统课程: https://chyyuu.gitbooks.io/ucore_os_docs/content/lab1/lab1_3_3_2_interrupt_exception.html
 

 

 
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