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當(dāng)外部事件發(fā)生時（比如硬件設(shè)備請求數(shù)據(jù)傳輸、用戶輸入等）。
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作為一名程序員，我們都知道，在計算機(jī)運(yùn)行過程中，CPU會不斷地執(zhí)行指令。但是，當(dāng)外部事件發(fā)生時（比如硬件設(shè)備請求數(shù)據(jù)傳輸、用戶輸入等），CPU需要立即停下來去響應(yīng)這些事件，然后再返回原來的位置繼續(xù)執(zhí)行指令。這種被打斷的現(xiàn)象就叫做“中斷”。
在操作系統(tǒng)級別上，對于每個可引起CPU響應(yīng)的事件都有一個唯一的編號稱為“中斷向量”，而對于每個不同類型的中斷向量都有相應(yīng)的代碼段負(fù)責(zé)處理該類別下所有具體實(shí)例化出來的事件。
那么，在Linux操作系統(tǒng)內(nèi)部，是如何實(shí)現(xiàn)這樣一個復(fù)雜而高效率、完整性極強(qiáng)且安全穩(wěn)定性又較好得管理著大大小小各種類型各種來源異步拋出并要求及時響應(yīng)處理以完成任務(wù)轉(zhuǎn)移或者通信交互目標(biāo)呢？答案就在本文所述內(nèi)容里面。
1. 中斷描述符表IDT
首先介紹核心概念——IDT。 IDT(Interrupt Descriptor Table) 是 Linux 操作系統(tǒng)用于保存所有 CPU 可能接收并響應(yīng)之 IRQ 和 Exception 的信息表。在Linux內(nèi)核啟動時，就會為每個中斷向量創(chuàng)建一個對應(yīng)的中斷描述符，并將其存儲到IDT中。
這些描述符包含了很多信息，比如：
- 中斷處理函數(shù)指針
- 標(biāo)志位（例如：是否允許該中斷被屏蔽）
- 特權(quán)級別（用于確定哪些代碼可以訪問該中斷）
因此，在 Linux 操作系統(tǒng)內(nèi)部要實(shí)現(xiàn)對各種不同類型的外部事件進(jìn)行響應(yīng)和管理，就需要使用 IDT 這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來維護(hù)所有可能引發(fā) CPU 響應(yīng)并觸發(fā)相應(yīng) Interrupt Service Routine 的 IRQ 和 Exception 信號。
2. I/O 中斷處理
I/O (Input/Output) 中斷是最常見、最基本的一類硬件中斷。當(dāng)設(shè)備發(fā)送了數(shù)據(jù)或請求后，CPU 需要立即停止正在執(zhí)行的任務(wù)去響應(yīng)這個事件，并且從設(shè)備讀取或者寫入數(shù)據(jù)傳輸完成后返回原來位置繼續(xù)執(zhí)行下面程序。
在Linux操作系統(tǒng)內(nèi)部，I/O 設(shè)備通常與 CPU 之間通過總線連接。當(dāng) I/O 設(shè)備產(chǎn)生一個 IRQ 信號時，則會觸發(fā)一個所謂“IRQ Handler”的特定機(jī)制，該機(jī)制負(fù)責(zé)識別并調(diào)用相應(yīng)的 ISR(Interrupt Service Routine) 函數(shù)來進(jìn)行真正地處理工作。
ISR 是由操作系統(tǒng)開發(fā)人員編寫出來以響應(yīng)某一特定類型中斷的函數(shù)。當(dāng)觸發(fā)一個 I/O 中斷時，CPU 會根據(jù) IDT 查找到相應(yīng)的 ISR 函數(shù)，并將控制權(quán)轉(zhuǎn)移給該函數(shù)。
在 ISR 函數(shù)內(nèi)部，通常需要完成如下工作：
- 關(guān)閉或者屏蔽當(dāng)前 IRQ
- 處理設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)等操作
- 打開或者允許后續(xù) IRQ
3. 總結(jié)
總之，在 Linux 操作系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)對各種不同類型的外部事件進(jìn)行響應(yīng)和管理是非常復(fù)雜而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^程。這篇文章主要介紹了中斷描述符表IDT以及I/O中斷處理機(jī)制兩個核心概念，從而幫助大家更好地理解Linux操作系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)原理，并能夠深入挖掘其它相關(guān)知識點(diǎn)。
參考資料：
1. -linux-interrupt/index.html
2. -system-call.html
新聞標(biāo)題：探究Linux操作系統(tǒng)中的中斷和異常（1）——從IDT到I/O中斷處理
鏈接地址：http://www.5511xx.com/article/dphphpd.html
