同步中断和异步中断区别

Posted 2020-11-30 zxc2man

中断有两种，一种是CPU本身在执行程序的过程中产生的，一种是由CPU外部产生的。
外部中断，就是通常所讲的“中断”（interrupt）。对于执行程序来说，这种“中
断”的发生完全是异步的，因为不知道什么时候会发生。CPU对其的响应也完全是被动的，
可以通过“关中断”指令关闭对其的响应。
由软件产生的中断一般是由专设的指令，如X86中的“INT n”在程序中有意产生的，
是主动的，同步的。只要CPU执行一条INT指令，在开始执行下一条指令之前一定会进入中
断服务程序。这种主动的中断称为“陷阱”（trap）。 

 

 

       Linux 内核需要对连接到计算机上的所有硬件设备进行管理，毫无疑问这是它的份内事。如果要管理这些设备，首先得和它们互相通信才行，一般有两种方案可实现这种功能：
1.轮询（polling） 让内核定期对设备的状态进行查询，然后做出相应的处理；
2.中断（interrupt） 让硬件在需要的时候向内核发出信号（变内核主动为硬件主动）。
       第一种方案会让内核做不少的无用功，因为轮询总会周期性的重复执行，大量地耗用 CPU 时间，因此效率及其低下，所以一般都是采用第二种方案。

什么是中断?

        从物理学的角度看，中断是一种电信号，由硬件设备产生，并直接送入中断控制器（如 8259A）的输入引脚上，然后再由中断控制器向处理器发送相应的信号。处理器一经检测到该信号，便中断自己当前正在处理的工作，转而去处理中断。此后，处理器会通知 OS 已经产生中断。这样，OS 就可以对这个中断进行适当的处理。
        不同的设备对应的中断不同，而每个中断都通过一个唯一的数字标识，这些值通常被称为中断请求线(IRQ)。

中断可分为同步（synchronous）中断和异步（asynchronous）中断：
1. 同步中断是当指令执行时由 CPU 控制单元产生，之所以称为同步，是因为只有在一条指令执行完毕后 CPU 才会发出中断，而不是发生在代码指令执行期间，比如系统调用。
2. 异步中断是指由其他硬件设备依照 CPU 时钟信号随机产生，即意味着中断能够在指令之间发生，例如键盘中断。

什么是异常?

同步中断又称为异常（exception），异步中断则被称为中断（interrupt）。我们通常讲的中断指的都是异步中断。
1.中断可分为可屏蔽中断（Maskable interrupt）和非屏蔽中断（Nomaskable interrupt）。
2.异常可分为故障（fault）、陷阱（trap）、终止（abort）三类。

这些类别之间的异同点请参看 表 1。

表 1：中断类别及其行为

类别      原因                          异步/同步         返回行为
中断      来自I/O设备的信号 异步                 总是返回到下一条指令
陷阱      有意的异常               同步                 总是返回到下一条指令
故障      潜在可恢复的错误   同步                 返回到当前指令
终止      不可恢复的错误       同步                 不会返回

什么是中断处理程序?

在响应一个特定中断的时候，内核会执行一个函数，该函数叫做中断处理程序或中断服务例程。产生中断的每个设备都有一个相应的中断处理程序，如果一个设备可以产生多种不同的中断，那么该设备就可以对应多个中断处理程序。一个设备的中断处理程序是它设备驱动程序的一部分。

什么是中断上半部和下半部?

中断处理一般分为两个部分，中断处理程序是上半部：接收到一个中断就立即执行，但只做有严格时限的工作，这些工作都是在所有中断被禁止的情况下完成的。能够被允许稍后完成的工作被推迟到下半部去。通常情况下，下半部会在中断处理程序返回时立即执行。