操作系统实现之路：中断和异常概述

中断和异常是系统在运行过程中可能发生的外部或内部事件。一般情况下，中断是由外部设备引起的，比如键盘设备，每当计算机系统的使用者按下一个键，或者放开一个键，键盘设备（严格来说，应该是控制键盘的芯片）就会生成一个中断并通知CPU。而异常则一般是由软件造成的，泛指软件运行过程中产生的不正常的事件。比如最容易理解的是除法运算，如果出现了除数为0的情况，就会引发一个异常。另外一个很常见的异常就是缺页异常。为了实现虚拟内存模型，操作系统可以把内存的一部分内容暂时存储在外部存储设备上（比如硬盘），从而腾出更多的内存空间为软件的运行服务。这样一旦一条指令访问了不在物理内存中的内存地址（比如已经被暂时置换到硬盘上的可执行代码），就会引发一个缺页异常。

一旦检测到中断或异常发生，CPU就会中断当前的处理顺序，并根据中断或异常的类型转移到相应的处理程序。需要注意的是，CPU并不是在中断发生后马上跳转到相应的处理程序，而只是在指令的执行边界检查是否有中断发生。如果没有，CPU继续执行下一条指令。一旦有中断发生，会引起CPU设置内部的特定寄存器位，然后继续执行当前指令（中断发生时，正在执行的指令），只有当前指令执行完毕，相应的中断才有机会得到处理。

不同的CPU类型，其异常或中断的处理机制是不同的，比如Intel CPU对系统中可能产生的异常进行了编号，一旦异常发生，CPU就根据异常类型找到对应的编号，然后根据异常编号，查找中断描述符表（IDT），找到对应的处理程序，再跳转到具体的处理程序。对于中断，也是采取类似的方式，只不过中断的编号（俗称中断向量号）是由硬件决定的。而Power PC则不论对异常还是对中断，都调用同一个处理程序，然后处理程序再检测中断或异常的类型，进行进一步的分类处理，在此，我们称这种处理方式为中断处理链方式。(www.xing528.com)

在Hello China的设计中，充分考虑了这两种典型的中断和异常模型，采用了中断描述符表与中断处理链方式结合的实现方式，即首先有一个中断描述符表，这样如果目标CPU是Intel系列的CPU，则直接根据中断或异常的向量号，定位到一个中断描述符表项，在每个中断描述符表的表项中，又保存了一个中断对象链表，这样就可以实现链表方式的中断处理模型。因此，其可移植性较好。

本章以Intel CPU（IA32架构）为目标CPU，详细介绍Hello China的中断处理机制，并介绍中断处理机制的服务提供接口。