在计算机系统中,中断是指CPU在执行程序时,遇到某个特殊的事件,如设备输入、输出完成等会暂停正在执行的程序,转而去处理该事件。中断分为硬件中断和软件中断。硬件中断是由于外部事件(如外设I/O)产生的中断信号,软件中断又称为系统调用,其是由执行用户态进程的程序代码产生的。
软中断是一种特殊的系统调用,是在内核中由软件产生的中断,可以在用户进程上下文中直接调用内核函数,从而触发软中断,执行内核代码。
软中断的触发条件是CPU在执行中断指令时,会检查是否有软中断标志位被设置。如果该标志位被设置,CPU会将执行流从用户态切换至内核态,执行软中断服务程序。
软中断标志位一般是由应用程序通过系统调用kill_proc_info或kill等操作触发。当进程通过该系统调用向其他进程发送信号后,该进程接收到信号后会执行该信号对应的信号处理函数,从而设置软中断标志位,以告知内核需要执行软中断服务程序。
软中断在内核函数调用方面非常重要,通过软中断的触发可以在用户进程上下文中直接调用内核函数,从而避免了传统的阻塞等等等待时间浪费。当应用程序需要执行需要内核态支持的操作时,可以通过系统调用触发软中断,以达到调用内核服务的目的。比如,当应用程序需要在网络套接字上进行读写操作时,可以通过系统调用触发套接字系统调用(如read/write),从而触发内核执行内部网络栈处理。
Linux内核中软中断的实现是通过软中断向量表来实现的。软中断向量表是一个数组,其内部包含了很多个软中断,每个软中断对应一种中断处理程序,具体的中断程序则由内核定义和实现。
当CPU接收到中断信号后,会调用专门的中断处理函数,该函数会根据信号类型检索软中断向量表,找到对应的中断服务程序并执行。
同时,软中断的处理程序中还可以访问用户进程的数据结构,这就保证了内核态和用户态之间的无缝衔接。在软中断处理程序中,内核可以直接访问用户程序的数据结构(如网络数据包),从而实现对进程I/O等操作的控制。