中断 (Interrupt)

定义

中断(Interrupt)是一种让CPU暂停当前指令流、转去执行特定处理程序的事件通知机制。事件可以来自外设(如键盘、网卡、定时器)、CPU内部异常(如缺页、除零),也可以由软件指令主动触发(如系统调用)。

原理

中断到来时,CPU在合适的指令边界保存现场(程序计数器、状态寄存器等),根据中断号查中断向量表跳转到对应的中断服务程序(ISR),处理完毕后恢复现场继续原程序。多个中断源经由中断控制器(如x86的APIC、Arm的GIC)统一仲裁与分发;PCIe设备普遍使用MSI/MSI-X消息中断代替物理中断线。

应用

中断使CPU无需轮询即可及时响应外部事件:时钟中断驱动操作系统的时间片调度,I/O中断配合DMA完成高效传输,异常机制支撑虚拟内存与调试。高吞吐场景下频繁中断开销大,因此有NAPI、中断合并及DPDK轮询模式等优化。

意义

中断是硬件与操作系统协作的核心接口,奠定了多任务和实时响应的基础。