中断和异常：（一）概述

中断和异常：（一）概述

概述

中断通常被定义为一个事件，该指令改变处理器执行指令的顺序。这样的事件与CPU芯片内外部硬件电路产生的电信号相对应。中断提供了一种特殊的方式，使处理器转而去运行正常控制流之外的代码，当一个中断到达时，CPU必须停止当前正在做的事情，并且切换到一个新的活动。为了做到这一点，就要在内核态堆栈中保持程序计数器的当前值（即eip和cs寄存器的内容），并把与中断类型相关的一个地址放入程序计数器中。
中断通常分为同步（synchronous）中断和异步（asynchronous）中断，在Intel微处理器手册中，把同步和异步中断分别称为异常（exception）和中断（interrupt）。同步中断是当指令执行时由CPU控制单元产生的，之所以称为同步，是因为只有在一条指令终止执行后CPU才会发出中断；异步中断是由其他硬件设备依照CPU时钟信号随机产生的。（如无特殊说明，后文中的中断指的是同步中断）
中断由间隔定时器和I/O设备产生；异常由程序错误或者内核必须处理的异常条件产生，第一种情况内核通过发送信号来处理异常，第二种情况内核执行恢复异常所需要的所有步骤（如缺页）。

分类

中断：

可屏蔽中断（maskable interrupt）

I/O设备发出的所有中断请求（IRQ）都产生可屏蔽中断。可屏蔽中断可以处于两种状态：屏蔽的和非屏蔽的；若处于屏蔽状态，控制单元会忽视它。

不可屏蔽中断（nonmaskable interrupt）

只有几个危急事件才会引起非屏蔽中断

异常：

处理器探测异常（processor-detected exception）

当CPU执行指令时探测到的一个反常条件所产生的异常，可进一步分为三组，这取决于CPU控制单元产生异常时和保存在内核态堆栈eip寄存器的值。

故障（fault）

通常可以纠正，一旦纠正，程序就可以在不失连贯性的情况下重新开始执行。保存的eip的值是引起故障的指令地址，因此，当异常处理程序终止时，那条指令会被重新执行。（如缺页）

陷阱（trap）

在陷阱指令执行后立即报告，内核把控制权返还给程序后就可以继续它的执行而不失连贯性。保存在eip中的值是随后要执行的指令地址。只有当没有必要重新执行已终止指令时，才触发陷阱。陷阱的主要用途是为了调试程序，在这种情况下，中断信号的作用是通知调试程序一条特殊指令已被执行，一旦用户检查到调试程序所提供的数据，他就可能要求被调试的程序从下一条指令开始执行。

异常中止（abort）

发生一个严重的错误；控制单元出了问题，不能在eip寄存器中保存引起异常的指令所在的确切位置。异常中止用于报告严重的错误，受影响的进程通常被强制终止。

编程异常（programmed exception）

在编程着发出请求时发生，由int或int3指令出发，当into（检查溢出）和bound（检查地址出界）指令检查的条件不为真时，也引起编程异常。控制单元将编程异常当作先陷阱来处理。编程异常通常也叫做软中断（software interrupt），这种异常有两种常用的用途：执行系统调用以及给调试程序通报一个特定的事件。

每个中断和异常由0～255之间的一个数来标识，Inter把这个8位的无符号整数叫做一个向量（vector），非屏蔽中断的向量和异常的向量是固定的，可屏蔽中断的向量可以通过对中断控制器的编程来改变。