关于CPU中断技术的理论剖析
一、什么是cpu中断？
使用计算机的过程中，经常会遇到这么一种情景：
1. 你正在看电影
2. 你的朋友发来一条qq信息3. 你一边回复朋友的信息，一边继续看电影
这个过程中，一切是那么的顺其自然。但理论上来说，播放电影的时候，cpu正在一丝不苟的执行着一条又一条的指令，它是如何在维持电影播放的情况下，及时接收并响应你的键盘输入信息呢？
这就是cpu中断技术在起作用。
cpu中断技术的定义如下：
计算机处于执行期间
系统内发生了非寻常或非预期的急需处理事件
cpu暂时中断当前正在执行的程序而转去执行相应的事件处理程序
处理完毕后返回原来被中断处继续执行
在这里，“非寻常或非预期的事件”指的就是你回复朋友的qq时，用键盘键入信息。为了及时响应你键入的信息，cpu将正在执行的任务“播放电影”暂时中断，处理完你键入的信息后，继续执行“播放电影”的任务。由于这个“中断当前任务->响应键盘输入->继续当前任务”的执行周期非常短（一般都是微秒级），所以一般人感觉不出来。
举个现实中的例子：
你正在看书，突然你的朋友打来电话，于是你放下书本去接电话，电话打完接着看书。
电话响- > 放下书本- > 接电话- > 继续看书这一个过程，就类似于cpu中断的处理过程。
二、cpu中断的作用
早期的cpu处理外设的事件(比如接收键盘输入)，往往采用“轮询”的方式。即cpu像个查岗的一样轮番对外设顺序访问，比如它先看看键盘有没被按下，有的话就处理，没的话继续往下看鼠标有没有移动，再看看打印机……这种方式使cpu的执行效率很低，且cpu与外设不能同时工作（因为要等待cpu来“巡查”）。
中断模式时就是说cpu不主动访问这些设备，只管处理自己的任务。如果有设备要与cpu联系，或要cpu处理一些事情，它会给cpu发一个中断请求信号。这时cpu就会放下正在进行的工作而去处理这个外设的请求。处理完中断后，cpu返回去继续执行中断以前的工作。
中断模式的作用和优点在于：
可以使cpu和外设同时工作，使系统可以及时地响应外部事件。
可允许多个外设同时工作，大大提高了cpu的利用率，也提高了数据输入、输出的速度。
可以使cpu及时处理各种软硬件故障（比如计算机在运行过程中，出现了难以预料的情况或一些故障，如电源掉电、存储出错、运算溢出等等。计算机可以利用中断系统自行处理，而不必停机或报告工作人员。）
三、cpu中断的类型
在计算机系统中，根据中断源的不同，通常将中断分为两大类：
硬件中断
软件中断
硬件中断
硬件中断又称外部中断，主要分为两种：可屏蔽中断、非屏蔽中断。
○ 可屏蔽中断：
1. 常由计算机的外设或一些接口功能产生，如键盘、打印机、串行口等
2. 这种类型的中断可以在cpu要处理其它紧急操作时，被软件屏蔽或忽略
○ 非屏蔽中断：
1. 由意外事件导致，如电源断电、内存校验错误等
2. 对于这种类型的中断事件，无法通过软件进行屏蔽，cpu必须无条件响应
典型事例：
典型的可屏蔽中断的例子是打印机中断，cpu对打印机中断请求的响应可以快一些，也可以慢一些，因为让打印机稍等待一会也是完全合理的。
典型的非屏蔽中断的例子是电源断电，一旦出现此中断请求，必须立即无条件地响应，否则进行其他任何工作都是没有意义的。
软件中断
软件中断又称内部中断，是指在程序中调用intr中断指令引起的中断。比如winapi中，keybd_event和mouse_event两个函数，就是用来模拟键盘和鼠标的输入（这个仅为笔者本人的猜测）。
四、cpu中断的过程
中断请求
中断请求是由中断源向cpu发出中断请求信号。外部设备发出中断请求信号要具备以下两个条件：
外部设备的工作已经告一段落。例如输入设备只有在启动后，将要输入的数据送到接口电路的数据寄存器（即准备好要输入的数据）之后，才可以向cpu发出中断请求。
系统允许该外设发出中断请求。如果系统不允许该外设发出中断请求，可以将这个外设的请求屏蔽。当这个外设中断请求被屏蔽，虽然这个外设准备工作已经完成，也不能发出中断请求。
中断响应、处理和返回
当满足了中断的条件后，cpu就会响应中断，转入中断程序处理。具体的工作过程如下：
关闭中断信号接收器
保存现场(context)
给出中断入口，转入相应的中断服务程序
处理完成，返回并恢复现场(context)
开启中断信号接收器
中断排队和中断判优
中断申请是随机的，有时会出现多个中断源同时提出中断申请。
cpu每次只能响应一个中断源的请求。
cpu不可能对所有中断请求一视同仁，它会根据各中断源工作性质的轻重缓急，预先安排一个优先级顺序。当多个中断源同时申请中断时，即按此优先级顺序进行排队，等候cpu处理。
了解了cpu中断处理的过程，就不难理解下面一种常见的情景：
正在拷贝文件时，往某个文本框输入信息，这个文本框会出现短暂的假死，键盘输入的数据不能及时显示在文本框中，需要等一会儿才能逐渐显示出来。
这是因为该中断操作(往文本框输入信息)在中断队列的优先级比较低，或者cpu认为正在处理的操作(拷贝文件)进行挂起的代价太大，所以只有等到cpu到了一个挂起代价较低的点，才会挂起当前操作，处理本次中断信息。
五、多核cpu对中断的处理
多核cpu的中断处理和单核有很大不同。多核的各处理器核心之间需要通过中断方式进行通信，所以cpu芯片内部既有各处理器核心的本地中断控制器，又有负责仲裁各核之间中断分配的全局中断控制器。
现今的多核处理器在中断处理和中断控制方面主要使用的是apic（advanced programmable interrupt controllers），即高级编程中断控制器。它是基于中断控制器两个基础功能单元——本地单元以及i/o单元的分布式体系结构。在多核系统中，多个本地和i/o apic单元能够作为一个整体通过apic总线互相操作。
apic的功能有：
接受来自处理器中断引脚的内部或外部i/o apic的中断，然后将这些中断发送给处理器核心进行处理
在多核处理器系统中，接收和发送核内中断消息
对于外部设备发出的中断请求，由全局中断控制器接收请求并决定交给cpu的哪一个核心处理。也可针对apic编程，让所有的中断都被一个固定的cpu处理。
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这就是cpu中断技术在起作用。
cpu中断技术的定义如下：
计算机处于执行期间
系统内发生了非寻常或非预期的急需处理事件
cpu暂时中断当前正在执行的程序而转去执行相应的事件处理程序
处理完毕后返回原来被中断处继续执行
在这里，“非寻常或非预期的事件”指的就是你回复朋友的qq时，用键盘键入信息。为了及时响应你键入的信息，cpu将正在执行的任务“播放电影”暂时中断，处理完你键入的信息后，继续执行“播放电影”的任务。由于这个“中断当前任务->响应键盘输入->继续当前任务”的执行周期非常短（一般都是微秒级），所以一般人感觉不出来。
举个现实中的例子：
你正在看书，突然你的朋友打来电话，于是你放下书本去接电话，电话打完接着看书。
电话响- > 放下书本- > 接电话- > 继续看书这一个过程，就类似于cpu中断的处理过程。
二、cpu中断的作用
早期的cpu处理外设的事件(比如接收键盘输入)，往往采用“轮询”的方式。即cpu像个查岗的一样轮番对外设顺序访问，比如它先看看键盘有没被按下，有的话就处理，没的话继续往下看鼠标有没有移动，再看看打印机……这种方式使cpu的执行效率很低，且cpu与外设不能同时工作（因为要等待cpu来“巡查”）。
中断模式时就是说cpu不主动访问这些设备，只管处理自己的任务。如果有设备要与cpu联系，或要cpu处理一些事情，它会给cpu发一个中断请求信号。这时cpu就会放下正在进行的工作而去处理这个外设的请求。处理完中断后，cpu返回去继续执行中断以前的工作。
中断模式的作用和优点在于：
可以使cpu和外设同时工作，使系统可以及时地响应外部事件。
可允许多个外设同时工作，大大提高了cpu的利用率，也提高了数据输入、输出的速度。
可以使cpu及时处理各种软硬件故障（比如计算机在运行过程中，出现了难以预料的情况或一些故障，如电源掉电、存储出错、运算溢出等等。计算机可以利用中断系统自行处理，而不必停机或报告工作人员。）
三、cpu中断的类型
在计算机系统中，根据中断源的不同，通常将中断分为两大类：
硬件中断
软件中断
硬件中断
硬件中断又称外部中断，主要分为两种：可屏蔽中断、非屏蔽中断。
○ 可屏蔽中断：
1. 常由计算机的外设或一些接口功能产生，如键盘、打印机、串行口等
2. 这种类型的中断可以在cpu要处理其它紧急操作时，被软件屏蔽或忽略
○ 非屏蔽中断：
1. 由意外事件导致，如电源断电、内存校验错误等
2. 对于这种类型的中断事件，无法通过软件进行屏蔽，cpu必须无条件响应
典型事例：
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中断请求
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