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原文链接：I/O中断原理
什么是中断#
中断指当出现需要时，CPU暂时停止当前程序的执行转而执行处理新情况的程序和执行过程。
即在程序运行过程中，系统出现了一个必须由CPU立即处理的情况，此时，CPU暂时中止程序的执行转而处理这个新的情况的过程就叫做中断。
我们知道CPU是按指令顺序进行执行的，操作系统每过大约15ms会发生一次线程调度(Windows下)，根据线程优先级先调度优先级高的线程。但是实际情况并没有那么简单，若我们接收到一个网络请求，如果要等当前线程执行完或15ms线程调度之后才去处理网络请求，网卡缓冲区很有可能会被占满，此时就发生了丢包。
中断类型#
中断分为硬件中断和软件中断。
硬件中断#
硬件中断即为硬件发出的中断信号，如I/O中断和硬件失效中断。
- I/O中断：由I/O控制器产生，用于发送信号通知操作完成等信号。
- 硬件失效中断：如掉电或存储器奇偶错之类的故障。
软件中断#
软件中断即为非硬件发出的中断信号，如程序中断和时钟中断。
- 程序中断：一些指令产生的异常(如算数移除、除数为0等)。
- 时钟中断：由处理器内部的计时器产生，允许操作系统以一定规程执行函数。
我们提到了操作系统每过大约15ms会进行一次线程调度，就是利用时钟中断来实现的。
I/O中断流程#
I/O中断通过中断处理器执行中断操作。
当外部设备的I/O模块准备好时，它会发送给CPU一个中断信号，CPU则会“立即”做出响应，暂停当前程序的处理去服务该I/O设备的程序。
为了更好的说明中断带来的性能提升，我们先描述一下没有中断时程序如何处理I/O操作。
无中断#
- 当我们程序需要从硬盘读取一个文件时，会先检查内核缓存中是否有数据，若没有数据，则执行实际I/O操作。
- 在I/O操作执行时，我们的用户线程将阻塞等待数据从硬盘写到内存中。对于用户来说线程是被阻塞的。
- 在实际的I/O操作过程中，若没有中断操作，CPU会不断轮询检查I/O操作是否完成
- 若I/O操作没有完成则继续调度其他线程，过一会儿再来检查。若操作完成，CPU将线程加入到线程就绪队列中并恢复线程上下文信息。
- 线程处于就绪队列，可以被操作系统调度从而继续执行读操作，此时会将数据从操作系统内核缓存读取到用户缓存中。
有中断#
- 当我们程序需要从硬盘读取一个文件时，会先检查内核缓存中是否有数据，若没有数据，则执行实际I/O操作。在I/O操作执行时，我们的用户线程将阻塞等待数据从硬盘写到内存中。对于用户来说线程是被阻塞的。
- 在实际的I/O操作过程中，CPU向I/O模块(DMA控制器)发送读指令，然后就去调度其他线程。
- 当I/O模块(DMA控制器)I/O执行完成后，会产生中断信号在通知CPU，CPU将线程加入到线程就绪队列中并恢复线程上下文信息。
- 线程处于就绪队列，可以被操作系统调度从而继续执行读操作，此时会将数据从操作系统内核缓存读取到用户缓存中。
- 由上面可知，有中断还是没有中断对于用户来说线程都是阻塞的，对于操作系统内核来说通过中断方式主动通知CPU的方式减少了线程轮询判断，提高了线程执行效率。
中断处理完整流程#
当I/O设备完成一次I/O操作时，发生以下事件：
- 开始I/O操作前，处理器将当前处理的相关信息如指令地址、必要的状态信息等保存到栈中，使得中断后可以恢复执行。
- I/O操作完成后，设备给处理器发送一个中断信号。
- 处理器响应中断信号。
- 处理器对中断信号进行判断，若存在未响应的中断，则给产生中断信号的设备发送确认信号，确认信号使得设备取消它的中断信号。
- 处理器将控制前转移给中断程序中，中断程序从栈中获取之前保存的信息，使得能继续执行I/O完成时的后续操作。
- 处理器将中断程序入口地址载入到程序计数器中，使得处理器能继续执行下一个指令周期。