深入理解Linux内核－中断和异常

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中断：被定义位一个事件，它能改变处理器执行指令的顺序。它对应硬件（CPU、其他硬件设备）电路产生的电信号。

同步中断：指令执行时CPU控制单元产生；称为同步，是因为只有在一条指令终止执行后CPU才回发出中断。也被称为异常

异步中断：其他硬件设备按照CPU时钟信号随机产生的。也被简称中断

中断的约束：1、中断必须尽快处理完成；中断一般被分两部分执行：关键而且紧急的部分，内核立即执行；其余部分内核稍后执行；
　　　　   2、中断的处理必须能满足嵌套，即当正在处理一个中断时，另一个中断又发生了的情况，必须尽量支持
　　　　　 3、中断可以被禁止，但必须尽可能的限制使用

中断：可屏蔽中断、非屏蔽中断
异常：处理器探测异常（故障、陷阱、异常终止），编程异常

引入信号的动机：

IRQ（Interrupt Request）如何引起中断：

IRQ：能发出中断请求的硬件设备都又一条名为IRQ都输出线；
IRQ line：与可编程中断控制器的硬件电路的输入引脚相连。

可编程中断控制器（IPC）：
1、监视IRQ线，如果两条或者以上的IRQ线产生信号，选择引脚编号较小
2、如果只有一个引发信号 a、将它转化为对应的向量；b、将向量存放到中断控制器的IO端口，允许CPU通过数据总线读取；c、把引发信号发送到处理器的INTR引脚，即产生中断
　　d、等待，直到CPU通过吧这个中断信号写入可编程中断控制器的一个I\O端口来确认它，清除INTR线；
3、返回第一步。

I/O APIC（I/O 高级可编程中断控制器）：

80x86微处理器如何在硬件级处理中断和异常：

异常处理程序的结构：
1、在内核堆栈中保存大多数寄存器的内容
2、用高级的c函数处理异常
3、通过ret_from_exception() 函数从异常处理程序退出。

如果初始化中断结构必须的数据结构：

内核启用中断前，必须把IDT（中断描述符表）的初始地址装到idtr寄存器，并初始化其中的每一项。系统初始化时就需要完成。

IDT的初始化：
1、当计算机还运行在实模式的时候IDT被初始化，由BIOS例程使用，
2、当linux接管之后，IDT被移到RAM的一个区域，进行二次初始化。

内核初始化的过程中，先用一个中断门填充IDT的256个表项，然后用有意义的陷阱和中断处理程序替换它。

完成初始化之后，对于每一个PIC确认的IRQ，IDT都有一个专门的中断门。

如何在软件级处理中断信号：

中断处理流程：
1、硬件通过IRQ线通知PIC
2、PIC将中断向量放到寄存器
3、处理器读取寄存器，存如RAM。由中断处理例程处理（ISR）
4、通知PIC

注意：内核启用中断之前，必须知道IRQ号与I/O设备之间的对应关系，否则内核不知道那个向量对应哪个设备，如果处理。
     IRQ号与设备之间的对应关系，在初始化设备驱动程序的时候建立的。