Linux 系统中断：深入理解25

在计算机系统中，中断是一个事件，它会导致 CPU 暂停当前执行的进程或程序，转而去处理更紧急的任务。在 Linux 系统中，中断处理是操作系统内核的关键部分，它提供了对硬件事件和软件请求的异步响应。

中断通过称为中断向量表的特殊内存结构进行管理。每个中断都有一个对应的向量，其中包含处理该中断的代码块的地址。当硬件设备或软件产生中断时，CPU 会根据中断号查找向量表，然后执行相应的代码块。

Linux 系统中断大致可分为两类：硬件中断和软件中断。硬件中断是由硬件设备触发的，例如键盘输入、鼠标移动或网络接收数据。软件中断是由软件程序生成的，例如系统调用或异常。

硬件中断

硬件中断由专门的硬件控制器管理，称为中断控制器。中断控制器负责接收中断请求、确定中断优先级并通知 CPU。常用的中断控制器包括：* 可编程中断控制器 (PIC)
* 高级可编程中断控制器 (APIC)
* 统一可扩展固件接口 (UEFI)

当硬件设备需要中断时，它会向中断控制器发送一个信号。中断控制器将根据设备的优先级确定中断是否应该被接受，然后向 CPU 发送一个中断信号。

软件中断

软件中断是由软件程序生成的，通常用于通知内核系统调用或异常。软件中断可以通过以下几种方式生成：* 进程执行系统调用
* 发生错误或异常
* 内核需要执行特定任务

当软件程序生成软件中断时，它会通过特殊的指令直接调用内核代码。内核将处理中断并执行适当的操作。

中断处理程序

中断处理程序是负责处理中断的代码块。它接收中断号和任何相关数据，然后执行以下步骤：* 保存当前 CPU 状态
* 确定中断源
* 执行特定于中断源的代码
* 清除中断标志
* 恢复 CPU 状态

中断处理程序必须快速且高效，以避免对系统性能造成重大影响。

中断禁用

在某些情况下，需要禁用中断以防止多次中断同时发生。在 Linux 系统中，可以使用 cli 和 sti 指令禁用和启用中断。禁用中断时，CPU 将忽略所有中断请求，直到中断被重新启用为止。

中断优先级

每个中断都分配了一个优先级，以确定它在处理其他中断时应该收到的处理顺序。优先级较高的中断将优先于优先级较低的中断处理。在 Linux 系统中，中断优先级是可配置的，允许管理员根据需要调整中断处理顺序。

中断处理在 Linux 系统中至关重要，它提供了对硬件事件和软件请求的快速、异步响应。通过了解中断机制、中断控制器、中断处理程序和中断优先级，系统管理员和开发人员可以优化系统性能和可靠性。

2025-01-07

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