中断这个特性相比大家都不会陌生,稍微懂点操作系统知识的人都可以说到一二。但是要真正把中断描述清楚,以及LInux中和windows中的实现方式,这可能还是有点难度的。今天笔者就想彻头彻尾的把中断给详细分析下。
说到中断还不得不从现代操作系统的特性说起,无论是桌面PC操作系统还是嵌入式都是多任务的操作系统,而很遗憾,处理器往往是单个的,即使在硬件成本逐渐下降,从而硬件配置直线上升的今天,PC机的核心可能已经达到4核心,8核心,而手机移动设备更不可思议的达到16核心,32核心,处理器的数量依然不可能做到每个任务一个CPU,所以CPU必须作为一种全局的资源让所有任务共享。说到共享,如何共享呢?什么时候给任务A用,什么时候给任务B用......这就是进程调度,具体的安排就由调度算法决定了。进程如何去调度?现代操作系统一般都是采用基于时间片的优先级调度算法,把CPU的时间划分为很细粒度的时间片,一个任务每次只能时间这么多的时间,时间到了就必须交出使用权,即换其他的任务使用。这种要看操作系统的定时器机制了。那么时间片到之后,系统做了什么呢?这就要用到我们的中断了,时间片到了由定时器触发一个软中断,然后进入相应的处理历程。当然这一点不足以表明中断的重要,计算机操作系统自然离不开外部设备:鼠标、键盘、网卡、磁盘等等。就拿网卡来讲,我计算机并不知道时候数据包会来到,我能保证的就是数据来了我能正常接收就行了。但是我又不可能一直等着接收数据包,要是这样其他任务就死完了。所以合理的办法是,你数据包来到之后,通知我,然后我再对你处理,怎么通知呢??答:中断!键盘、鼠标亦是如此!
好了闲话说了这么多,进入正题吧!
如上面所述,中断信号由外部设备发起,准确来说是由外部设备的控制器发起,因为外部设备本身并不能发起信号。必须网卡设备,的那个网络数据包到达网卡,网卡的控制器就向IO APIC发送中断信号,IO APIC把信号发送给本地APIC,本地APIC把信号传送给CPU,如果根据当时情况,要处理这个中断,就保存当时的运行上下文,切换到中断上下文中,根据IDT查找对应的处理函数进行处理。处理完成后,需要恢复中断之前的状态。
大致过程就如上面所述,但是具体这个过程是怎么执行的,关键几点如下:
1、设备控制器如何发送中断信号
2、APIC如何接受中断信号,以及做了什么