中断#1：异步化

概述

在计算机科学中，中断（Interrupt）是指处理器接收到来自硬件或软件的信号，提示发生了某个事件，应该被注意，这种情况就称为中断，这样的信号称为中断请求（Interrupt Request，IRQ）。在收到IRQ之后，处理器需要进行上下文切换，停止当前正在执行的代码，转而执行一段中断处理程序（Interrupt Handler，or Interrupt Service Routine， ISR）。ISR结束之后，恢复到之前的上下文。

Why Interrupt？

中断是用以提高计算机工作效率、增强计算机功能的一项重要技术。最初引入硬件中断，只是出于性能上的考量。如果计算机系统没有中断，则处理器与外部设备通信时，它必须在向该设备发出指令后进行忙等待(Busy Waiting)，反复轮询该设备是否完成了动作并返回结果。这就造成了大量处理器周期被浪费。引入中断以后，当处理器发出设备请求后就可以立即返回以处理其他任务，而当设备完成动作后，发送中断信号给处理器，后者就可以再回过头获取处理结果。这样，在设备进行处理的周期内，处理器可以执行其他一些有意义的工作，而只付出一些很小的切换所引发的时间代价。

Interrupt Handler

当处理器收到一个IRQ，如何找到对应的IH？

在Intel 32位处理器之前，使用了中断向量表（Interrupt Vector Table，IVT），IVT共包含256个中断向量（IV），An Interrupt Vector is the memory address of an Interrupt Handler and it is also an index into IVT，每个IV大小为4个字节（可指向32位地址），这样整个IVT大小就是1KB。剩下的问题就是IVT的起始地址，Intel规定了在存储器地址空间中，最低的1KB空间是IVT，即00000H到003FFH。

到了后来的32位处理器，使用中断描述符表（Interrupt Descriptor Table，IDT）代替IVT，中断描述符（ID）代替IV。IVT最大的问题就是局限在最低的1KB空间，IDT则使用了中断描述符表寄存器（IDTR）来保存IDT的起始地址，这样便突破了这一限制。此外，ID相比IV，除了保存IH的内存地址，还有一些附加信息。

硬件实现

Intel 8259 是一系列的可编程中断控制器（Programmable Interrupt Controller，PIC）芯片的总称，当初设计它是为了搭配 Intel 8085 以及 Intel 8086 等微处理器来使用。

IR0-7 为中断请求输入引脚，与外部设备相连（8个输入引脚可对应2^8=256个中断向量）；INT为中断输出引脚，与处理器相连，例如连接到8086的INTR引脚。

 

异步化编程

引入中断，从本质上来说，就是通过异步化，充分利用软硬件资源。

说到异步化编程，首先想到的便是node.js。从首页摘一段代码过来：

var net = require('net');var server = net.createServer(function (socket) {  socket.write('Echo server\r\n');  socket.pipe(socket);});server.listen(1337, '127.0.0.1');

这里的 function (socket) {...} 便可以理解为Interrupt Handler。

窃以为，这样的编程范式才是跟得上硬件发展的范式。此外，函数式编程在这方面的优势也值得探讨，例如Erlang，留待以后再作探究。

参考资料

• http://zh.wikipedia.org/zh-cn/中斷