Linux的中斷響應流程是什麼

為了提高外部事件處理的實時性，現在的處理器幾乎無一例外地都含有中斷控制器，外設也大都帶中斷觸發的功能。為了能支援這一特性，Linux系統中設計了一箇中斷子系統來管理系統中的中斷。

Linux的中斷響應流程如下：

1.硬體觸發中斷：外部硬體裝置（例如網路卡、鍵盤等）向處理器傳送中斷訊號。對於Linux系統，CPU無法預先為所有外設設計和預留介面，因此需要一箇中斷控制器PIC接收外設中斷訊號，並轉發給CPU。該類中斷通常為共享中斷，由軟體標示符區分不同來源。

2.CPU檢測中斷：CPU檢測中斷是指處理器透過中斷控制器（如APIC或IOAPIC）來檢測到外部硬體裝置發出的中斷訊號。

在計算機系統中，中斷控制器負責接收來自外部硬體裝置的中斷請求，並將其傳遞給CPU進行處理。中斷控制器通常位於主機板上，它可以監測和管理多個硬體裝置的中斷請求。

當外部硬體裝置需要向CPU報告一個事件時（例如，鍵盤輸入、網路資料到達等），它會向中斷控制器傳送中斷訊號。中斷控制器接收到中斷訊號後，將根據相應的中斷引腳或中斷線路來確定是哪個硬體裝置觸發了中斷。

一旦中斷控制器檢測到中斷訊號，並確定了是哪個裝置觸發的中斷，它會將中斷資訊傳送給處理器。處理器透過檢查中斷控制器的狀態暫存器或透過特定的匯流排訊號來獲取中斷訊號的相關資訊，並將其作為中斷事件的觸發條件。

當處理器檢測到中斷訊號後，根據中斷號（中斷向量）來索引相應的中斷處理程式，並開始執行相應的中斷處理程式碼，以響應中斷事件。

總之，CPU檢測中斷是指處理器透過中斷控制器來獲取外部裝置發出的中斷訊號，並將其作為觸發中斷處理程式執行的依據。這種機制使得處理器能夠及時響應來自外部裝置的事件和請求。

3.中斷向量索引：中斷向量索引是指處理器根據中斷訊號的源頭確定對應的中斷號（中斷向量），從而可以找到相應的中斷處理程式。

中斷向量是一個用於索引中斷處理程式的編號。具體來說，當中斷髮生時，由中斷控制器將中斷源的標識傳遞給處理器。處理器會根據該標識來查詢對應的中斷向量。

在x86架構的計算機系統中，中斷向量是一個無符號8位整數，範圍從0至255。每個中斷向量都對應著一個特定的中斷型別或事件。例如，中斷向量0對應著除零錯誤異常，中斷向量1對應著除錯異常等。

當處理器接收到中斷訊號後，它會將中斷號作為索引，從中斷描述符表（Interrupt Descriptor Table，IDT）中獲取相應的中斷描述符。中斷描述符中包含了與中斷相關的資訊，包括中斷處理程式的入口地址、特權級別、標誌位等。

透過中斷向量索引，處理器可以快速找到對應的中斷處理程式，並開始執行相應的中斷處理程式碼，以響應中斷事件。

需要注意的是，不同的作業系統和架構可能有不同的中斷向量和中斷處理機制，但基本的思想是一致的：透過中斷向量索引來確定對應的中斷號，從而呼叫相應的中斷處理程式。

4.儲存當前上下文：處理器在進入中斷處理程式之前，會將當前執行的指令位置、暫存器值和標誌位等上下文資訊儲存到核心棧中，以便在中斷處理完成後能夠恢復現場。

5.呼叫中斷處理程式：除了響應系統呼叫外，核心也要響應裝置的服務請求，這稱為中斷，它會中斷當前的執行。

核心根據中斷號查詢相應的中斷處理程式，並開始執行該程式。中斷處理程式是由核心開發者編寫的特定程式碼，用於處理特定的中斷事件。

6.中斷處理程式執行：中斷處理程式的執行是指處理器在接收到中斷訊號後，跳轉到相應的中斷處理程式，並開始執行其中的程式碼。

中斷處理程式是一段特定的程式碼，用於處理特定型別的中斷事件。當中斷髮生時，處理器會根據中斷號（中斷向量）從中斷描述符表（IDT）或其他中斷向量表中獲取中斷處理程式的入口地址。

中斷處理程式根據中斷的型別和裝置進行相應的操作，例如讀取資料、寫入資料、更改裝置狀態等。

7.中斷處理程式退出：中斷處理程式退出是指中斷處理程式執行完畢後，透過中斷返回指令（IRET）退出，並將控制權返回給被中斷的程式或作業系統核心。

當中斷處理程式完成了對中斷事件的處理後，它需要進行清理工作並恢復現場，然後透過執行中斷返回指令來退出。中斷返回指令通常會從核心棧中恢復之前儲存的上下文資訊，包括暫存器的值、標誌位等。這樣做可以確保CPU回到正確的狀態，並繼續執行被中斷的程式或作業系統核心。

在執行中斷返回指令之後，控制權會回到之前被中斷的位置，被中斷的程式或核心可以繼續執行下一條指令，從而完成中斷處理過程。這個過程完全透明，被中斷的程式無需知道發生了中斷，它可以繼續按照正常流程執行而不受影響。

需要注意的是，中斷處理程式退出後，如果還有其他待處理的中斷事件，則作業系統會繼續排程下一個中斷處理程式執行，以確保所有中斷事件都能得到及時處理。

8.恢復上下文：處理器從核心棧中恢復之前儲存的上下文資訊，包括暫存器的值、標誌位等。

9.繼續執行：處理器從中斷被觸發的位置繼續執行被中斷的指令，以便程式可以繼續正常執行。

總而言之，Linux中斷響應流程包括中斷觸發、中斷處理程式的呼叫和執行、上下文的儲存和恢復等步驟，以確保中斷事件可以得到及時處理，並且不會對正在執行的程式產生明顯的影響。