这里先提交一个代码的错误，之前运行过快，没看出刷屏的问题：
// kernel/console.c...void init_console(void) {... // Before: // console_fixed_height = ScreenHeight - 16; // console_fixed_height = (ScreenHeight / 16 - 1) * 16;...}...void console_roll(void) {... // Before: // if (console_y > console_fixed_height) { // if (console_y >= console_fixed_height) {...}
Logo字符和信息是笔者自己加的
接下来，终于到了内核开发的核心部分：中断。
中断基本概念
中断，顾名思义就是中断当前任务并转去做其他事务：当你正在看一本书时，突然房间有个电话，你就先把书反扣在桌面上，然后去接电话，当你接完电话回来时，又把书扣回来继续看。
粗糙地用计算机术语描述就是：CPU在有序执行一段程序时，中断控制芯片突然传送了个信息请求CPU处理，这时CPU暂停当前执行的程序，然后将当前执行程序的各个寄存器的值和其他数据压入堆栈，转而去执行中断程序，然后回来将原来栈里的数据弹出，接着执行之前的程序。
没有中断，操作系统是没有灵魂的：你在键盘上敲一个键，显示一个图像，字符缓冲区输出一段文本，操作一个文件，鼠标的随便滑动，网络数据的传输，各种外设协同、驱动功能，进程调度等等都是建立在完善的中断系统之下完成的，相信读者此时已经了解到中断的重要性。失去了中断机制，操作系统就只是个单纯的“死循环”。
中断的分类
外部中断(硬件中断)
所谓外部中断，就是指CPU外部发生的中断，由硬件发起。常发生于输入输出设备、时钟，计时器，电源，网卡等部件和外设。外部中断有两根信号线：INTR(INTeRrupt)和 NMI(Non Maskable Interrupt)。INTR传来的中断比较无关紧要，CPU甚至可以不去处理，例如网卡和硬盘的中断请求，CPU可以晚一些执行，我们常称作可屏蔽中断；而NMI就很严重了，基本上都必须立马处理，比如内存读写出错，电源掉电等。
由于外设众多，执行中断程序的时候可能又会有另一个中断发生，因此中断程序一般都有个特点：执行要尽快，函数要可重入(常发生于多线程中的全局变量保护的问题)。
像这些可屏蔽中断，在Linux中，分为上半部分和下半部分：上半部分处理比较重要的，要快速完成的程序，下部分就是没那么重要的程序，一般在CPU空闲时或者合适的时期来处理，这里有个很生动的例子：
拿网卡举例子，网络中的数据通过网线到达网卡后，首先会被存储到网卡自己的缓冲区中，这个缓冲区容量不大(比起内存来说是非常小的)，即使很大也有写满的那天，所以里面的数据必须立即被 CPU拿走，否则由于网卡缓冲区中无空余空间，后续到来的数据只能丢掉。鉴于这个刻不容缓的理由，网卡会立即发中断通知 CPU：“数据到了，赶紧取走”，这话说得无比坚定，丝毫没有商量的意思，CPU 立即放下手里的工作(其实并不是真地立即放下，怎么也得把当前正在执行的指令执行完，指令的执行必须是原子操作一气呵成，哪有执行一半指令的道理)，马上执行网卡的中断处理程序，将网卡缓冲区中的数据拷贝到内核缓冲区中，至此，救火工作算是完成了，这就是所说的上半部。CPU 拿到网络数据后，处理数据的工作就不那么紧急了，它将在下半部中完成，这部分将在适当的时机被启动。
来源：《操作系统真象还原》
随着时代的发展，很多外设之间可以使用通道机制和DMA方式进行工作，大大得减轻了CPU的负担。之前的图形模式的Linear Frame Buffer就是其中一个例子。
内部中断(软件中断和异常)
中断源都是软件(可能有些人对软件的定义仍然是：Application。事实上，一系列按照特定顺序组织的计算机数据和指令的集合都是软件，你可以说操作系统是个很大的系统软件，也可以说BIOS是在ROM里躺着的软件，甚至一个dll、lib、so、数据、文档都可以叫做软件)发起的，常见于除数为0，运算溢出，指令的单步运行，程序运行至断点等等。至于其他，Intel官方以及列出个表了：
| 中断向量号 | 助记符 | 描述 | 起源 |
| 0 | #DE | 除 0 异常 | DIV和IDIV指令 |
| 1 | #DB | 调试异常 | 任何代码或数据引用 |
| 2 | / | NMI 中断 | 不可屏蔽的外部中断 |
| 3 | #BP | 断点异常 | INT 3指令 |
| 4 | #OF | 溢出 | INTO指令 |
| 5 | #BR | 对数组的引用超出边界 | BOUND指令 |
| 6 | #UD | 无效或未定义的操作码 | UD指令或保留的操作码 |
| 7 | #NM | 设备不可用(无数学协处理器) | 浮点或WAIT / FWAIT指令 |
| 8 | #DF | 双重故障(有错误代码) | 可以生成异常，NMI或INTR的任何指令 |
| 9 | #MF | 协处理器跨段操作 | 浮点指令 |
| 10 | #TS | 无效TSS(有错误代码) | 任务切换或TSS访问 |
| 11 | #NP | 段不存在(有错误代码) | 正在加载段寄存器或访问系统段 |
| 12 | #SS | 栈错误(有错误代码) | 堆栈操作和SS寄存器加载 |
| 13 | #GP | 常规保护(有错误代码) | 任何内存引用和其他保护检查 |
| 14 | #PF | 页故障(有错误代码) | 任何内存引用 |
| 15 | 保留 | ||
| 16 | #MF | 浮点处理单元错误 | 浮点或WAIT / FWAIT指令 |
| 17 | #AC | 对齐检查 | 存储器中的任何数据引用 |
| 18 | #MC | 机器检查 | 错误代码(如果有)和来源取决于型号 |
| 19 | #XM | SIMD(单指令多数据)浮点异常 | SIMD浮点指令 |
| 20 | #VE | 虚拟化 | EPT异常 |
| 21-31 | 保留 | ||
| 32-255 | 可屏蔽中断 | 来自INTR引脚或INT n指令的外部中断 |
翻译过来非常糟糕，读者可在intel白皮书的6.4.1看到原文和更多解释。对于表中的中断向量号，0～19号中断被CPU占用，20-31号中断被Intel保留，32～255号属于用户可自定义中断。不过我们一般都会中断按照习惯指定固定的设备。比如32号是timer中断，33号是键盘中断等等。下面我们开始介绍点实质性的东西。
中断描述符表
中断描述符表(Interrupt Descriptor Table，IDT)是保护模式下用于存储中断处理程序入口的表，CPU接收到一个中断后，通过中断向量号在表中定位描述符，在该描述符中找到该中断处理程序的起始地址，接着执行该中断处理程序。 中断描述符表里面可以包含以下任意一种门描述符：任务门描述符
中断门描述符
陷阱门描述符
调用门描述符
// include/interrupt.h#ifndef _INTERRUPT_H#define _INTERRUPT_H#include typedef union Type_S { struct { uint16_t Reserved:5; uint16_t SetZero:3; uint16_t P:1; uint16_t DPL:2; uint16_t Type_Flag:5; // |0 D 1 1 0| D: Size of gate: 1 = 32 bits; 0 = 16 bits } __attribute__((packed)); uint16_t All;} Type_S;typedef struct IDT_S { // High 32bits uint16_t Offset0_15; uint16_t Segment_Selector; // Low 32bits Type_S Type; uint16_t Offset16_31;} __attribute__((packed)) IDT_S;typedef struct IDTR_S { uint16_t Limite; uint32_t Base;} __attribute__((packed)) IDTR_S;#define IDT_BASE 0x00000000#define IDT_SIZE 0xFF#define INT_GATE 0x8E00 // 1000 1110 0000 0000#endif // _INTERRUPT_H// kernel/interrupt.c#include #include #include static void init_IDT_Descriptor(uint16_t Segment_Selector, uint32_t Offset, uint16_t Type, IDT_S *IDT);IDT_S IDT[256];IDTR_S IDTR;static void init_IDT_Descriptor(uint16_t Segment_Selector, uint32_t Offset, uint16_t Type, IDT_S *IDT) { IDT->Offset0_15 = Offset & 0xffff; IDT->Segment_Selector = Segment_Selector; IDT->Type.All = Type; IDT->Offset16_31 = (Offset & 0xffff0000) >> 16; return;}// libraries/string.c#include void* memcpy(void* dst, const void* src, uint8_t size) { char *d; const char *s; if (dst == NULL || src == NULL) return NULL; if ((char*)dst > ((char*)src + sizeof(src)) || ((char*)dst < (char*)src)) { d = (char*)dst; s = (char*)src; while (size--) *d++ = *s++; } else { d = ((char*)dst + size - 1); s = ((char*)src + size -1); while (size --) *d-- = *s--; } return dst;}void* memset(void* dst, uint32_t val, uint32_t size) { for (; 0 < size; size--) { *(char*)dst = val; dst++; } return dst;}uint32_t memcmp(void* buf1,void* buf2, uint32_t size) { while (size --> 0) { if (*(uint32_t*)buf1++ != *(uint32_t*)buf2++) { return 0; } } return 1;}void* memmove(void *dst, const void *src, size_t n) { char *tmp; const char *s; if (dst <= src) { tmp = dst; s = src; while (n--) *tmp++ = *s++; } else { tmp = dst; tmp += n; s = src; s += n; while (n--) *--tmp = *--s; } return dst;}实现中断管理
接下来就是初始化整个IDT了，这部分内容比较多，但是都很简单。我们先捋一捋中断得整个流程，注意了，我们现在不考虑用户态和内核态(也就是特权级的问题)： 首先就是CPU(我们目前只讲单核处理器)接收到一个中断(向量号)，这时保存现场，Intel官方是这么说的：1. 将EFLAGS，CS和EIP寄存器的当前内容(按此顺序)压入堆栈。
2. 将错误代码(如果适用)压入堆栈。
3. 从中断门加载新代码段和新指令指针的段选择器(或陷阱门)分别进入CS和EIP寄存器。
4. 如果调用是通过中断门进行的，请清除EFLAGS寄存器中的IF标志。
5. 开始执行处理程序过程。
也就是说，我们要把当前所有寄存器和标准位保存起来，那么我们需要这个数据结构：
// include/interrupt.h...typedef struct Registers_S { uint32_t ds; uint32_t edi; uint32_t esi; uint32_t ebp; uint32_t esp; uint32_t ebx; uint32_t edx; uint32_t ecx; uint32_t eax; uint32_t Interrupt_Number; // 这里应该是Vector才对 uint32_t Error_Code; uint32_t eip; uint32_t cs; uint32_t eflags; uint32_t user_esp; uint32_t user_ss;} Registers_S;...前面我们说过各个中断号的归属，我们需要为每个中断号实现一个中断服务程序，以及中断注册函数，那么接下来我们的头文件就是这样：
// include/interrupt.h...extern void ISR0(void);extern void ISR1(void);extern void ISR2(void);extern void ISR3(void);extern void ISR4(void);extern void ISR5(void);extern void ISR6(void);extern void ISR7(void);extern void ISR8(void);extern void ISR9(void);extern void ISR10(void);extern void ISR11(void);extern void ISR12(void);extern void ISR13(void);extern void ISR14(void);extern void ISR15(void);extern void ISR16(void);extern void ISR17(void);extern void ISR18(void);extern void ISR19(void);extern void ISR20(void);extern void ISR21(void);extern void ISR22(void);extern void ISR23(void);extern void ISR24(void);extern void ISR25(void);extern void ISR26(void);extern void ISR27(void);extern void ISR28(void);extern void ISR29(void);extern void ISR30(void);extern void ISR31(void);void init_IDT(void);...但是具体的函数都是保存现场，实现起来都基本是一样的(有错误号和无错误号差一个指令)，一个个写太费事了，nasm为开发者提供了一个一劳永逸的办法：宏汇编。这可是个好东西：
; kernel/_Interrupt.asm[bits 32]extern ISR_Handler; nasm的宏定义; 有错误号使用空指令%define ERROR_CODE nop; 没有错误号就Push无效错误号%define NO_ERROR_CODE push 0; %macro 宏函数 参数个数%macro ISR_CODE 2; 参数1：%1，参数2：%2，...[global ISR%1]ISR%1: cli ; 关闭中断 %2 ; 估计情况决定是否放置Push无效错误号 push byte %1 ; Push中断向量号 pusha mov ax,ds push eax ; 保存数据段描述符 mov ax,0x10 mov ds,ax mov es,ax mov fs,ax mov gs,ax mov ss,ax push esp ; Registers_S指针 call ISR_Handler ; 调用相应中断处理函数这里可以使用，当前仅为测试 ; ISR_Handler%1的方法实现对不同中断的不同处理 ; 也可以使用[ISR_Handler + %1*4]函数指针数组的表示方法 add esp,4 pop ebx ; 恢复原来的数据段描述符 mov ds,bx mov es,bx mov fs,bx mov gs,bx mov ss,bx popa add esp,8 ; 跳过Error_Code iret ; 中断处理函数不能返回，需要使用iret或iretd打断;宏函数结束%endmacro;宏函数名 参数1,参数2,...ISR_CODE 0,NO_ERROR_CODEISR_CODE 1,NO_ERROR_CODEISR_CODE 2,NO_ERROR_CODEISR_CODE 3,NO_ERROR_CODEISR_CODE 4,NO_ERROR_CODEISR_CODE 5,NO_ERROR_CODEISR_CODE 6,NO_ERROR_CODEISR_CODE 7,NO_ERROR_CODEISR_CODE 8,ERROR_CODEISR_CODE 9,NO_ERROR_CODEISR_CODE 10,ERROR_CODEISR_CODE 11,ERROR_CODEISR_CODE 12,ERROR_CODEISR_CODE 13,ERROR_CODEISR_CODE 14,ERROR_CODEISR_CODE 15,NO_ERROR_CODEISR_CODE 16,NO_ERROR_CODEISR_CODE 17,ERROR_CODEISR_CODE 18,NO_ERROR_CODEISR_CODE 19,NO_ERROR_CODEISR_CODE 20,NO_ERROR_CODEISR_CODE 21,NO_ERROR_CODEISR_CODE 22,NO_ERROR_CODEISR_CODE 23,NO_ERROR_CODEISR_CODE 24,NO_ERROR_CODEISR_CODE 25,NO_ERROR_CODEISR_CODE 26,NO_ERROR_CODEISR_CODE 27,NO_ERROR_CODEISR_CODE 28,NO_ERROR_CODEISR_CODE 29,NO_ERROR_CODEISR_CODE 30,NO_ERROR_CODEISR_CODE 31,NO_ERROR_CODE有了这些，C语言这边就小菜一碟了：
// kernel/interrupt.c#include #include #include IDT_S IDT[256];IDTR_S IDTR;static void init_IDT_Descriptor(uint16_t Segment_Selector, uint32_t Offset, uint16_t Type, IDT_S *IDT) { IDT->Offset0_15 = Offset & 0xffff; IDT->Segment_Selector = Segment_Selector; IDT->Type.All = Type; IDT->Offset16_31 = (Offset & 0xffff0000) >> 16; return;}void ISR_Handler(Registers_S *Registers) { printk(KERN_EMERG"InterruptNumber: %d\n", Registers->Interrupt_Number);}void init_IDT(void) { // 这里不加括号编译器会警告！ IDTR.Limite = (sizeof(IDT_S) << 8) - 1; IDTR.Base = (uint32_t)&IDT; memset((uint8_t*)&IDT, 0, sizeof(IDT_S) << 8); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR0, INT_GATE, &IDT[0]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR1, INT_GATE, &IDT[1]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR2, INT_GATE, &IDT[2]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR3, INT_GATE, &IDT[3]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR4, INT_GATE, &IDT[4]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR5, INT_GATE, &IDT[5]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR6, INT_GATE, &IDT[6]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR7, INT_GATE, &IDT[7]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR8, INT_GATE, &IDT[8]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR9, INT_GATE, &IDT[9]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR10, INT_GATE, &IDT[10]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR11, INT_GATE, &IDT[11]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR12, INT_GATE, &IDT[12]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR13, INT_GATE, &IDT[13]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR14, INT_GATE, &IDT[14]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR15, INT_GATE, &IDT[15]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR16, INT_GATE, &IDT[16]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR17, INT_GATE, &IDT[17]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR18, INT_GATE, &IDT[18]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR19, INT_GATE, &IDT[19]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR20, INT_GATE, &IDT[20]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR21, INT_GATE, &IDT[21]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR22, INT_GATE, &IDT[22]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR23, INT_GATE, &IDT[23]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR24, INT_GATE, &IDT[24]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR25, INT_GATE, &IDT[25]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR26, INT_GATE, &IDT[26]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR27, INT_GATE, &IDT[27]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR28, INT_GATE, &IDT[28]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR29, INT_GATE, &IDT[29]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR30, INT_GATE, &IDT[30]); init_IDT_Descriptor(0x08, (uint32_t)ISR31, INT_GATE, &IDT[31]); // // 加载IDTR // __asm__ ("lidtl (IDTR)");}
中断函数注册
每个中断函数肯定不一样，我们就可以使用函数指针数组，这种情况下，有些函数可以先不用实现：
// include/interrupt.h...typedef void (*Interrupt_Handler)(Registers_S*);void RegisterInterrupt(uint8_t Number, Interrupt_Handler Handler);...// kernel/interrupt.c...Interrupt_Handler InterruptHandlers[256] = {NULL};...// 这里可以动态注册中断函数void RegisterInterrupt(uint8_t Number, Interrupt_Handler Handler) { InterruptHandlers[Number] = Handler; return;}// 这里保存函数尚未实现时不会调用空函数void ISR_Handler(Registers_S *Registers) { if (InterruptHandlers[Registers->Interrupt_Number] != NULL) { InterruptHandlers[Registers->Interrupt_Number](Registers); } else { printk(KERN_EMERG"InterruptNumber: %d\n", Registers->Interrupt_Number); }}...运行结果还是一样的，今天就到这了！
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