探究Linux操作系统中的中断和异常（1）——从IDT到I/O中断处理

当外部事件发生时（比如硬件设备请求数据传输、用户输入等）。

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作为一名程序员，我们都知道，在计算机运行过程中，CPU会不断地执行指令。但是，当外部事件发生时（比如硬件设备请求数据传输、用户输入等），CPU需要立即停下来去响应这些事件，然后再返回原来的位置继续执行指令。这种被打断的现象就叫做“中断”。

在操作系统级别上，对于每个可引起CPU响应的事件都有一个唯一的编号称为“中断向量”，而对于每个不同类型的中断向量都有相应的代码段负责处理该类别下所有具体实例化出来的事件。

那么，在Linux操作系统内部，是如何实现这样一个复杂而高效率、完整性极强且安全稳定性又较好得管理着大大小小各种类型各种来源异步抛出并要求及时响应处理以完成任务转移或者通信交互目标呢？答案就在本文所述内容里面。

首先介绍核心概念——IDT。 IDT(Interrupt Descriptor Table) 是 Linux 操作系统用于保存所有 CPU 可能接收并响应之 IRQ 和 Exception 的信息表。在Linux内核启动时，就会为每个中断向量创建一个对应的中断描述符，并将其存储到IDT中。

这些描述符包含了很多信息，比如：

- 中断处理函数指针

- 标志位（例如：是否允许该中断被屏蔽）

- 特权级别（用于确定哪些代码可以访问该中断）

因此，在 Linux 操作系统内部要实现对各种不同类型的外部事件进行响应和管理，就需要使用 IDT 这个数据结构来维护所有可能引发 CPU 响应并触发相应 Interrupt Service Routine 的 IRQ 和 Exception 信号。

I/O (Input/Output) 中断是最常见、最基本的一类硬件中断。当设备发送了数据或请求后，CPU 需要立即停止正在执行的任务去响应这个事件，并且从设备读取或者写入数据传输完成后返回原来位置继续执行下面程序。

在Linux操作系统内部，I/O 设备通常与 CPU 之间通过总线连接。当 I/O 设备产生一个 IRQ 信号时，则会触发一个所谓“IRQ Handler”的特定机制，该机制负责识别并调用相应的 ISR(Interrupt Service Routine) 函数来进行真正地处理工作。

ISR 是由操作系统开发人员编写出来以响应某一特定类型中断的函数。当触发一个 I/O 中断时，CPU 会根据 IDT 查找到相应的 ISR 函数，并将控制权转移给该函数。

在 ISR 函数内部，通常需要完成如下工作：

- 关闭或者屏蔽当前 IRQ

- 处理设备传输数据等操作

- 打开或者允许后续 IRQ

总之，在 Linux 操作系统内部实现对各种不同类型的外部事件进行响应和管理是非常复杂而严谨的过程。这篇文章主要介绍了中断描述符表IDT以及I/O中断处理机制两个核心概念，从而帮助大家更好地理解Linux操作系统内部实现原理，并能够深入挖掘其它相关知识点。

参考资料：

1. -linux-interrupt/index.html

2. -system-call.html

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