中断处理是计算机处理器在执行某个程序时,由于发生某个事件(如硬件故障、输入/输出请求),需要立即转而执行其他程序的一种机制。当处理器遇到中断请求时,它会暂停当前任务的执行,跳转到中断处理程序去执行,然后回到原来的任务。中断处理程序负责处理中断,保存CPU当前状态,执行必要操作,然后恢复CPU的现场,让被打断的程序恢复执行。
中断可以分为软中断和硬中断两种。软中断是指由程序中的语句指示引起的中断,如系统调用、内核调用等。而硬中断是由硬件设备产生的中断信号,如键盘输入、计时器超时、网络数据包到达等。
硬中断还可以根据其紧急程度分为可屏蔽中断和不可屏蔽中断。可屏蔽中断是在紧急程度低于处理器当前工作级别时可以被屏蔽掉的中断。不可屏蔽中断则是处理器无法忽略的中断,因为它们代表着必须立即处理的紧急事件,如电源故障等。
中断处理程序是为了响应中断而设计的程序,在中断处理过程中,CPU暂停主程序的执行,跳转到中断处理程序来处理某一特定的中断事件。中断处理程序的编写要求高效、简洁、可靠,通常需要注意以下几个方面:
首先,中断处理程序需要在尽可能短的时间内完成工作,因为它会严重影响主程序的执行效率,在进行中断处理时程序必须尽可能的快速执行;
其次,中断处理程序需要处理所有相关中断事件并清除中断信号,同时需要正确保存CPU的现场,以免影响主程序的执行和数据的正确性;
最后,中断处理程序还需要与主程序进行协作,以确保对共享资源的互斥访问,避免出现数据竞争的情况。
中断处理在计算机系统中得到了广泛的应用,它极大地提高了计算机系统的效率和响应能力。例如,在操作系统中,内核通过中断处理实现了许多关键任务,如软件定时器、文件系统、进程调度等;在网络通信中,通过中断处理实现了网络协议栈、数据报文路由等关键功能。
此外,中断处理还广泛应用于嵌入式系统中,用于实时响应各种传感器和设备的输入、输出请求。嵌入式系统中的中断处理程序需要具备高效、可靠和实时的特性,以确保系统能够快速响应各种输入信号并进行相应的处理。