文章中图片来源于网络，侵权告删。
一、处理器的状态基础（也叫模式）
1.CPU = 控制器 + 运算器 + 寄存器 + 高速cache
2.寄存器的分类：
用户可见寄存器：由高级语言编译器优化算法分配使用，为减少访问内存的次数
控制和状态寄存器：用于控制处理器的操作，通常由操作系统代码使用
（这是我们关注的重点）
二、控制和状态寄存器：
作用：
用于控制处理器的操作，如PC控制CPU执行哪条指令；
在某个特权级别下可以访问、修改
常见的控制和状态寄存器：
程序计数器：PC 记录将要执行的指令的地址
指令寄存器：IR 记录最近取除的指令
程序状态字：PSW 记录处理器的运行状态如条件码、模式、控制位等信息
三、操作系统需要的CPU状态（MODE）
1.内核态：运行内核代码
2.用户态：运行用户代码
在X86系统中，分为实模式和保护模式
其中实模式的中断处理和普通的过程调用没什么区别
指令系统划分：
特权指令：只能由操作系统使用
非特权指令：操作系统和用户都可以使用
特权指令：启动IO、内存清零、修改程序状态字、设置时钟、允许/禁止中断、停机等
非特权指令：控制转移、算术运算等
X86系统支持4个处理器特权级别：
R0:特权最高，可以直接访问所有资源；
R3:特权最低，必须通过系统调用陷入内核，才能访问资源，也就是通过操作系统访问。
linux实际上只选择了0和3两个特权级别。
用户态->内核态途径：唯一的途径是中断/异常/陷入机制
内核态->用户态途径：修改设置程序的状态字PSW即可
四、特殊的指令—访管指令（陷入指令）：
内核态有时也被称为管理态，所以访问或者陷入内核 又被称为访管。
用户态->内核态途径：唯一的途径是中断/异常/陷入机制
陷入指令 == 访管指令
提供给用户程序的接口，用于切换到内核态，用于调用操作系统的功能
常见的有：int trap syscall sysenter/sysexit
五、中断和异常机制概念：
有句话这样说： ”操作系统是由中断驱动的，事件驱动的“
主要作用：
1.及时处理设备发来的请求
2.捕获用户程序提出的请求
3.防止用户程序有意或者无意的破坏活动
…
中断/异常的概念：
1.定义：CPU对系统发生的某个事件做出的一种反应。
2.发生中断/异常CPU做什么反应：
1.暂停正在执行的程序
2.保留现场后自动转去执行相应事件的处理程序
（这里”自动“指的是 硬件去处理该异常或者中断）
3.处理完成后返回断点，继续执行被打断的程序
3.中断和异常的引入：
中断的引入：为了支持CPU和设备之间的并行操作
设备通过中断 的 方式 向CPU”报告“自己的事情做完了，让CPU决定处理之后的事情
异常的引入：表示CPU执行指令时本身出现的问题
如算术溢出、除零、地址越界、执行了陷入指令，此时CPU暂停当前工作，
转到错误处理程序或者执行系统调用
早期，中断和异常不作区分，也就是说，大概上可以混为一谈。
4.事件分类（中断+异常）：
中断：也叫外中断
一般有I/O中断、时钟中断（定时器、时间片）、硬件故障（笔记本没电）
异常：也叫内中断
常见的有系统调用、页故障（如缺页异常）、保护性异常（越界访问）、断点指令（单步调试）
程序性异常（算术除零、算术溢出等等）
5.总结中断和事件的区别：
中断：都是一些CPU外部的事件引起的，是程序所不期望发生的
异常：由CPU正在执行的指令引发
异常包括：陷入+ 故障 + 中止
六、中断和异常机制原理：硬件与软件相互配合
1.硬件做什么：捕获中断源发出的中断/异常请求，然后将控制权交给处理器去执行特定的处理程序；（捕获响应）
2.软件做什么：执行处理程序。（处理）
3.中断寄存器：
4.中断向量表：
是一个内存单元，存放中断处理程序的入口地址和程序运行时所需处理机的状态字。
事先编写好这些中断处理程序，然后将入口地址存放在中断向量表中，并进行编号。
Linux的中断向量表：
前面提到了，X86系统的分为实模式和保护模式：
其中 实模式 使用的表就叫中断向量表
保护模式 使用的向量表 换了个名字 叫中断描述符表
采用门描述符数据结构表示中断向量，本质上没什么太大差别
5.中断处理程序：
设计操作系统时，为每一类的中断/异常事件提前编号相应的处理程序，并设置好中断向量表。
基本流程：
系统运行被打断，去响应中断，中断硬件部件 将CPU控制权交给中断处理程序
（软件提前设置好，硬件机制来执行）
在中断处理程序中：
1.保存相关寄存器信息
2.分析中断/异常的具体原因
3.执行对应的处理功能
4.恢复现场，返回被事件打断的程序
六、实例
