中断与任务协作

中断与任务协作 — 专题笔记

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中断分类

中断按信号来源分两类：

	外中断	内中断（异常）
信号来自	CPU 外部（外设）	CPU 内部
和当前指令关系	异步，无关	同步，当前指令直接导致
例子	时钟中断、网卡收包、按键	缺页、除零、非法指令
可否屏蔽	可屏蔽中断可以关	大部分不可屏蔽

教材里常考三种具体的中断类型，正好对应态切换的三条路：

中断类型	对应场景	谁触发	主动/被动
访管中断	系统调用	用户程序	主动
时钟中断	硬件中断	外设（定时器）	被动
缺页中断	异常	CPU 自身	被动

三条路的硬件流程完全一样：保存现场 → 切内核态 → 跳处理程序 → 恢复现场 → 回用户态。区别只在于谁发了这个”敲门”信号。

访管中断（系统调用）

“访管”就是访问管理程序（操作系统内核）。用户程序执行陷入指令（syscall / int 0x80），CPU 切到内核态，OS 根据系统调用号查表，执行对应服务（读文件、分配内存、创建进程），完事再切回来。整个过程是主动的——用户程序知道自己需要 OS 帮忙，自己发起。

时钟中断

CPU 里有一个硬件定时器，到时间了就向 CPU 发中断信号。这是外中断——异步到达，和当前指令无关。

时钟中断是操作系统调度器的命根子。没有它，一个程序占了 CPU 就不会主动让出来，其他程序全饿死。内核拿到时钟中断后做两件事：更新系统时间、检查当前进程的时间片用完没，用完了就换下一个进程。

FreeRTOS 的 xPortSysTickHandler 就是时钟中断的 ISR，滴答一下，任务调度就有可能发生。

缺页中断

CPU 执行指令时发现要访问的虚拟地址没有对应的物理页框（页表项里”存在位” = 0），当场触发缺页中断。这是异常（内中断）——指令执行过程中 CPU 自己发现的，同步于当前指令。

缺页中断的特别之处在于：它不是”出错就杀掉进程”。OS 会判断地址是否合法，合法就从磁盘把缺的那页换进内存，然后重新执行刚才那条指令——这次页表里有了，顺利跑过去。详见 虚拟内存。

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中断检查时机

CPU 一般不是在一条指令执行到一半时响应中断，而是在每条指令执行结束的最后时刻做一次中断扫描。

可以直接记成：

• 先执行完当前指令。
• 再扫描中断请求寄存器、屏蔽寄存器和优先级相关状态。
• 若存在可响应中断，再转入 ISR。

中断响应流程

1. 执行完当前指令。
2. 保存断点和必要现场。
3. 查中断向量表，跳到对应 ISR。
4. ISR 处理完成后恢复现场。
5. 返回原程序，或先触发调度。

中断与任务怎么协作

中断负责快处理，任务负责重处理。

• ISR 里只做读状态、清标志、取走最小必要数据、通知任务。
• 复杂计算、协议解析、打印日志、阻塞等待等工作放到任务里做。

常见链路是：

1. 外设发出中断请求。
2. CPU 在当前指令结束后响应中断。
3. ISR 快速处理并唤醒任务。
4. 任务在正常上下文中完成后续工作。

为什么不能在中断里做重活

• 会拖慢系统响应。
• 会阻塞后续中断。
• 会推迟调度。
• 很多接口本来就不能在中断上下文中调用。