中断和异常处理

中断相关：

信号相关：

              信号-----1 基本概念-CSDN博客

              信号-----2   【Linux】信号的保存_linux如何禁用核心转储文件-CSDN博客

              信号-----3 【Linux】信号的处理_linux信号处理-CSDN博客

在计算机系统中，中断和异常是两种不同的机制，它们都用于处理异步事件，但它们的来源和处理方式有所不同。

中断（Interrupts）

中断是由外部设备或事件触发的信号，用于通知CPU暂停当前任务，转而处理更为紧急的任务。中断可以由各种硬件设备产生，如键盘、鼠标、定时器、磁盘驱动器等。

中断处理的特点：

1. 异步性：中断可以在任何时候发生，与CPU的指令执行无关。
2. 紧急性：中断通常需要立即或尽快处理。
3. 处理程序：每个中断源都有一个与之对应的中断处理程序（Interrupt Service Routine, ISR）。
4. 优先级：不同中断源可能有不同优先级，系统会根据优先级决定响应顺序。

中断处理流程：

1. 中断请求（IRQ）：当外部设备或事件准备好时，它会发送一个中断请求到CPU。
2. 中断响应：CPU检测到中断请求并响应，保存当前任务的状态。
3. 中断处理：CPU执行中断处理程序，处理中断事件。
4. 返回主程序：中断处理完成后，CPU恢复之前任务的状态并继续执行。

异常（Exceptions）

异常是由程序执行中的特定错误或特定系统调用触发的事件。异常可以由软件错误（如除以零、非法指令）或系统调用（如输入/输出操作）引起。

异常处理的特点：

1. 同步性：异常通常与程序执行的当前指令直接相关。
2. 错误检测：异常用于报告程序执行中的错误或异常情况。
3. 处理程序：每种异常都有一个特定的异常处理程序。
4. 错误码：异常处理程序通常会接收一个错误码，用于识别异常的原因。

异常处理流程：

1. 异常触发：当程序执行中遇到异常情况时，CPU会触发异常。
2. 异常响应：CPU暂停当前任务，保存状态。
3. 异常处理：CPU调用异常处理程序，处理异常。
4. 返回或终止：异常处理完成后，根据处理结果决定是返回原程序继续执行还是终止程序。

中断和异常的关系

• 共同点：都是异步事件处理机制，都需要CPU暂停当前任务，保存状态，执行处理程序，然后恢复状态。
• 区别：中断通常由外部设备触发，而异常由程序内部错误或特定系统调用触发。中断处理通常与硬件设备相关，而异常处理与程序错误或系统调用相关。

在操作系统中，中断和异常处理是确保系统稳定运行的关键机制，它们使得系统能够响应外部事件和内部错误，从而提供稳定和可靠的服务。

软中断  和  信号：

软中断（softirq）和信号（signal）是两种不同的机制，它们在操作系统中扮演着不同的角色。

中断管理中有一个很重要的设计概念： 上下半部机制。硬件中断关机基本属于上半部的范畴，中断线程化机制

1. 软中断（softirq）：

   • 软中断是Linux内核中用于处理中断下半部（bottom half）的机制。当硬件发生中断时，硬中断（hardirq）会立即被处理，但有些中断处理过程可能较长，不适合在硬中断上下文中完成。这时，可以将这些处理推迟到软中断中执行。
   • 软中断是被设计为在硬中断处理程序之后执行的，它们通常由内核线程ksoftirqd来处理。软中断的执行不会抢占当前运行的进程，因此它们可以执行更长时间，但仍然需要尽快完成以避免影响系统响应性。
   • Linux内核中的软中断包括网络数据包的接收（NET_RX_SOFTIRQ）、定时器（TIMER_SOFTIRQ）、块设备IO请求（BLOCK_SOFTIRQ）等。

2. 信号（signal）：

   • 信号是一种软件层面的中断，用于处理异步事件，如用户按下Ctrl+C（产生SIGINT信号）、硬件异常（如除以零产生SIGFPE信号）或进程间通信。
   • 信号可以由其他进程发送，也可以由内核在特定条件下发送。进程可以定义信号处理函数来响应信号，或者选择忽略某些信号。
   • 信号处理函数在用户态下执行，这意味着它们可以访问用户空间的资源，但同时也受到限制，因为它们不能执行某些可能会影响系统稳定性的操作。

关系： 软中断和信号都是Linux内核中的异步处理机制，但它们处理的问题域不同。软中断更多地与内核级别的硬件事件处理相关，而信号则用于更广泛的异步事件处理，包括用户空间的进程间通信。

异常  与  信号 

异常（Exceptions）和信号（Signals）是两种不同的机制，以下是它们之间的关系和区别：

异常（Exceptions）

1. 定义：异常是指在程序执行过程中，由于某些特定原因（如执行了非法操作、硬件故障、程序错误等）而触发的事件。
2. 来源：异常可以由硬件（如算术溢出、内存访问违规）或软件（如系统调用、浮点异常）触发。
3. 处理：操作系统为每种异常定义了处理程序，当异常发生时，处理器会跳转到相应的异常处理程序执行。
4. 上下文：异常通常发生在内核态，处理程序运行在内核空间。

信号（Signals）

1. 定义：信号是一种软件层面的异步通知机制，
2. 用于通知进程发生了某些事件（如用户按下Ctrl+C、硬件异常、进程间通信等）。
3. 来源：信号可以由用户输入、硬件事件、其他进程或系统本身产生。
4. 处理：进程可以定义信号处理函数来响应特定的信号，或者选择忽略某些信号，或者使用默认的信号处理行为。
5. 上下文：信号处理函数通常在用户态执行，但信号的发送和处理机制是由内核管理的。

异常与信号的关系

• 相似之处：异常和信号都是用于处理程序运行中的异常情况，它们都可以导致程序流程的改变。
• 处理机制：在某些系统（如Linux）中，硬件异常会被转换为信号，然后由进程在用户态处理。例如，当一个进程尝试执行一个非法指令时，硬件会触发一个异常，操作系统会将这个异常转换为一个信号（通常是SIGILL），然后由进程决定如何处理这个信号。
• 目的：异常通常用于指示严重的错误，可能需要立即的系统干预；而信号则更为通用，可以用于错误处理，也可以用于进程间通信。

异常与信号的区别

• 上下文：异常处理通常发生在内核态，而信号处理发生在用户态。
• 可控性：进程对信号的处理有更多的控制权，可以自定义处理函数；而异常处理则由操作系统内核定义，用户对异常处理的控制有限。
• 跨平台：信号是UNIX和类UNIX系统特有的概念，而异常是更普遍的计算机硬件概念。

在实际应用中，程序员通常更多地关注信号处理，因为它们是进程间通信和异常处理的重要手段。而异常处理则更多地由系统设计师和内核开发者关注。