CPU检测到中断信号时，怎么知道是发给哪个进程的？
CPU 检测到中断信号时，知道是发给哪个进程的，这背后是一个非常精巧且层层递进的机制，它涉及到硬件、操作系统内核，以及进程管理等多个方面。让我来详细说说这个过程，尽量避免那种“AI味儿”的生硬描述。
想象一下，CPU 就像一个勤劳的工人，不停地执行着各种任务，这些任务就对应着操作系统里的“进程”。中断就好比是工作中突然冒出来的“急事”，需要 CPU 暂时放下手头的活，去处理。这些急事可能来自外部设备（比如键盘敲击、鼠标移动、网络数据包到达），也可能来自 CPU 内部（比如计算出了错误、需要时间片轮转）。
那么，CPU 是怎么知道这个“急事”是哪个“工人”（进程）发起的呢？答案是：CPU 本身并不直接知道是哪个进程发来的，它只知道“有急事发生了”，以及“是什么类型的急事”。真正将中断与特定进程关联起来的，是操作系统内核。
整个流程大致是这样的：
1. 中断的发生与中断控制器：
源头： 各种硬件设备（比如网卡、硬盘控制器、键盘控制器）或者 CPU 内部产生的事件，都会产生中断信号。
中断控制器 (Interrupt Controller, PIC/APIC): 这些中断信号不会直接一股脑儿地涌向 CPU。它们会先经过一个专门的硬件组件——中断控制器。早期的系统使用可编程中断控制器 (PIC)，现在的主流系统则使用高级可编程中断控制器 (APIC)。
作用： 中断控制器的主要任务是：
收集和管理中断： 它接收来自多个设备的中断请求。
优先级排序： 如果多个中断同时发生，它会根据预设的优先级来决定先处理哪个。
标识中断类型： 最关键的是，中断控制器会给每一种中断分配一个唯一的中断向量号 (Interrupt Vector Number)。这个向量号就像一个“事件代码”，告诉 CPU “这是网卡发来的中断”、“这是键盘发来的中断”等等。
传递给 CPU： 最后，中断控制器会将最高优先级的、已经被识别和标记了向量号的中断信号发送给 CPU。
2. CPU 的响应与中断向量表：
CPU 接收中断： 当 CPU 接收到来自中断控制器的中断信号时，它会立即停止当前正在执行的指令（除非正在执行一个不允许中断的操作，比如某些特权指令）。
查询中断向量表 (Interrupt Vector Table, IVT): CPU 内部有一个非常重要的结构，叫做中断向量表。这就像一个“中断事件目录”。这个表是一块内存区域，里面存储着中断向量号和对应的中断服务例程 (Interrupt Service Routine, ISR) 的地址。
查找 ISR： CPU 通过中断控制器提供的向量号，去中断向量表中查找对应的 ISR 地址。
执行 ISR： 找到地址后，CPU 会跳转到那个 ISR 的代码开始执行。这个 ISR 是由操作系统内核编写的，负责处理这个特定的中断事件。
3. 操作系统内核的中断处理：
ISR 的角色： ISR 的任务是快速地响应中断，了解中断的来源，并执行必要的初步处理。例如，键盘中断的 ISR 可能会读取键盘缓冲器中的按键数据。
识别设备： ISR 通常会根据中断的类型（由向量号决定）来判断是哪个硬件设备触发了中断。
存储事件信息： ISR 会将从硬件读取到的原始数据，或者中断事件的描述信息，保存在内存中的某个地方，通常是与该设备相关的设备驱动程序的数据结构里。
内核的调度： 关键点在这里：ISR 本身通常不会直接知道哪个进程正在使用这个设备。 ISR 的职责是“把事情揽下来，并初步处理”。它会唤醒负责处理该设备的设备驱动程序，或者将处理这个事件的“工作项”放入一个队列中。
驱动程序的进一步处理： 设备驱动程序是操作系统内核的一部分，并且知道哪些进程正在使用哪些硬件。当驱动程序被唤醒（或者收到 ISR 的通知）后，它会：
查看正在使用该设备的进程： 驱动程序维护着一套数据结构，记录着每个设备当前被哪个进程打开、使用。
将数据交给进程： 驱动程序会将之前 ISR 收集到的数据，或者通知该事件已发生的信号，传递给正在等待这个事件的特定进程。这通常是通过系统调用、信号 (Signal)、共享内存或者消息队列等机制实现的。
举个例子：键盘敲击
1. 你按下键盘上的一个键。
2. 键盘控制器产生一个中断信号，并发送给中断控制器，标记为“键盘中断”（一个特定的向量号）。
3. 中断控制器将这个中断信号和向量号发送给 CPU。
4. CPU 接收到中断，根据向量号查询中断向量表，找到键盘中断的 ISR 地址。
5. CPU 暂停当前进程，跳转执行键盘中断的 ISR。
6. 键盘 ISR 快速读取键盘控制器中的按键数据，并将其放入内核维护的键盘缓冲区。
7. ISR 标记键盘缓冲区有新数据，并可能唤醒负责键盘输入的设备驱动程序（也属于内核）。
8. 键盘驱动程序被唤醒后，它会检查是否有进程正在等待键盘输入。
9. 假设你的文本编辑器（进程 A）正在等待键盘输入，驱动程序会从键盘缓冲区取出你刚刚敲击的字符，并通过某种机制（比如系统调用 `read` 的结果）将这个字符传递给进程 A。
10. 进程 A 接收到字符，可以在屏幕上显示出来。
总结一下，CPU 检测到中断信号时，它通过中断向量号知道“是什么类型的事件”。而“哪个进程”的关联，则是在操作系统内核层，由中断服务例程（ISR）和更上层的设备驱动程序共同完成的。驱动程序会根据当前设备的使用情况，将中断事件产生的数据或通知，恰当地交给那些正在等待该事件的进程。
这个过程不是 CPU 直接“指向”进程，而是通过一个多层、多模块协作的机制，从底层的硬件信号，一步步解析、传递，最终准确地送达给那个真正需要它的进程。这其中，操作系统内核是扮演着至关重要的“协调者”和“信息传递者”的角色。
想象一下，CPU 就像一个勤劳的工人，不停地执行着各种任务，这些任务就对应着操作系统里的“进程”。中断就好比是工作中突然冒出来的“急事”，需要 CPU 暂时放下手头的活，去处理。这些急事可能来自外部设备（比如键盘敲击、鼠标移动、网络数据包到达），也可能来自 CPU 内部（比如计算出了错误、需要时间片轮转）。
那么，CPU 是怎么知道这个“急事”是哪个“工人”（进程）发起的呢？答案是：CPU 本身并不直接知道是哪个进程发来的，它只知道“有急事发生了”，以及“是什么类型的急事”。真正将中断与特定进程关联起来的，是操作系统内核。
整个流程大致是这样的：
1. 中断的发生与中断控制器：
源头： 各种硬件设备（比如网卡、硬盘控制器、键盘控制器）或者 CPU 内部产生的事件，都会产生中断信号。
中断控制器 (Interrupt Controller, PIC/APIC): 这些中断信号不会直接一股脑儿地涌向 CPU。它们会先经过一个专门的硬件组件——中断控制器。早期的系统使用可编程中断控制器 (PIC)，现在的主流系统则使用高级可编程中断控制器 (APIC)。
作用： 中断控制器的主要任务是：
收集和管理中断： 它接收来自多个设备的中断请求。
优先级排序： 如果多个中断同时发生，它会根据预设的优先级来决定先处理哪个。
标识中断类型： 最关键的是，中断控制器会给每一种中断分配一个唯一的中断向量号 (Interrupt Vector Number)。这个向量号就像一个“事件代码”，告诉 CPU “这是网卡发来的中断”、“这是键盘发来的中断”等等。
传递给 CPU： 最后，中断控制器会将最高优先级的、已经被识别和标记了向量号的中断信号发送给 CPU。
2. CPU 的响应与中断向量表：
CPU 接收中断： 当 CPU 接收到来自中断控制器的中断信号时，它会立即停止当前正在执行的指令（除非正在执行一个不允许中断的操作，比如某些特权指令）。
查询中断向量表 (Interrupt Vector Table, IVT): CPU 内部有一个非常重要的结构，叫做中断向量表。这就像一个“中断事件目录”。这个表是一块内存区域，里面存储着中断向量号和对应的中断服务例程 (Interrupt Service Routine, ISR) 的地址。
查找 ISR： CPU 通过中断控制器提供的向量号，去中断向量表中查找对应的 ISR 地址。
执行 ISR： 找到地址后，CPU 会跳转到那个 ISR 的代码开始执行。这个 ISR 是由操作系统内核编写的，负责处理这个特定的中断事件。
3. 操作系统内核的中断处理：
ISR 的角色： ISR 的任务是快速地响应中断，了解中断的来源，并执行必要的初步处理。例如，键盘中断的 ISR 可能会读取键盘缓冲器中的按键数据。
识别设备： ISR 通常会根据中断的类型（由向量号决定）来判断是哪个硬件设备触发了中断。
存储事件信息： ISR 会将从硬件读取到的原始数据，或者中断事件的描述信息，保存在内存中的某个地方，通常是与该设备相关的设备驱动程序的数据结构里。
内核的调度： 关键点在这里：ISR 本身通常不会直接知道哪个进程正在使用这个设备。 ISR 的职责是“把事情揽下来，并初步处理”。它会唤醒负责处理该设备的设备驱动程序，或者将处理这个事件的“工作项”放入一个队列中。
驱动程序的进一步处理： 设备驱动程序是操作系统内核的一部分，并且知道哪些进程正在使用哪些硬件。当驱动程序被唤醒（或者收到 ISR 的通知）后，它会：
查看正在使用该设备的进程： 驱动程序维护着一套数据结构，记录着每个设备当前被哪个进程打开、使用。
将数据交给进程： 驱动程序会将之前 ISR 收集到的数据，或者通知该事件已发生的信号，传递给正在等待这个事件的特定进程。这通常是通过系统调用、信号 (Signal)、共享内存或者消息队列等机制实现的。
举个例子：键盘敲击
1. 你按下键盘上的一个键。
2. 键盘控制器产生一个中断信号，并发送给中断控制器，标记为“键盘中断”（一个特定的向量号）。
3. 中断控制器将这个中断信号和向量号发送给 CPU。
4. CPU 接收到中断，根据向量号查询中断向量表，找到键盘中断的 ISR 地址。
5. CPU 暂停当前进程，跳转执行键盘中断的 ISR。
6. 键盘 ISR 快速读取键盘控制器中的按键数据，并将其放入内核维护的键盘缓冲区。
7. ISR 标记键盘缓冲区有新数据，并可能唤醒负责键盘输入的设备驱动程序（也属于内核）。
8. 键盘驱动程序被唤醒后，它会检查是否有进程正在等待键盘输入。
9. 假设你的文本编辑器（进程 A）正在等待键盘输入，驱动程序会从键盘缓冲区取出你刚刚敲击的字符，并通过某种机制（比如系统调用 `read` 的结果）将这个字符传递给进程 A。
10. 进程 A 接收到字符，可以在屏幕上显示出来。
总结一下，CPU 检测到中断信号时，它通过中断向量号知道“是什么类型的事件”。而“哪个进程”的关联，则是在操作系统内核层，由中断服务例程（ISR）和更上层的设备驱动程序共同完成的。驱动程序会根据当前设备的使用情况，将中断事件产生的数据或通知，恰当地交给那些正在等待该事件的进程。
这个过程不是 CPU 直接“指向”进程，而是通过一个多层、多模块协作的机制，从底层的硬件信号，一步步解析、传递，最终准确地送达给那个真正需要它的进程。这其中，操作系统内核是扮演着至关重要的“协调者”和“信息传递者”的角色。
网友意见
题主应该先系统学一下微机原理相关的教材的，我说的简单一点
硬件中断从来不是发送给进程的，而是发送给操作系统内核，由内核统一处理，而不关心当前正在执行的是哪个进程，不管哪个进程操作都是一样的：保存现场，进入内核，执行需要的操作，返回中断前的现场，继续进程执行。
CPU写入外部设备有两种不同的方式，一种是直接操作硬件设备寄存器，这一般是不需要中断的，CPU在写入一个寄存器的时候会处于阻塞状态，直到写入完成之前不能继续，因此通常只有处理非常少的数据的时候才会这样做。另一种方式是使用DMA，DMA是一个专用的外部设备，CPU将需要发送的数据提前在内存中准备好，然后设置DMA设备的寄存器，让DMA设备从内存的指定位置开始，将内存中数据依次写到对应地址的外部硬件寄存器里，这样在DMA写入的同时CPU就可以做其他工作。DMA写入完成后会产生一个中断通知CPU。这些都和当前执行的进程无关。进程只是直接跟操作系统内核通信，内核负责通过调度来通知进程操作是否完成之类的信息。
再举个详细点的例子，比如某个进程要读取一个文件，向内核发送了一个read的syscall调用，陷入内核，内核会设置DMA，然后把进程挂起。因为进程挂起了，内核另找了一个进程切换进来执行。当DMA完成发生中断的时候，不管当前执行的是哪个进程，都会直接通过中断进入内核，这个过程外部执行的进程是察觉不到的，它在执行的途中被打断然后冻结在了执行现场，就像时间停止了一样（这就是“中断”的含义），CPU开始执行内核中的中断处理程序，内核通知之前挂起的进程操作已经完成，并且取消挂起，这时候这个进程是否会立即抢占进来，取决于优先级，在Linux当中一般会把因为IO挂起的进程优先级稍微调高一点让它们立即抢占进来，提高IO效率；但如果不能抢占进来，就会恢复当前的进程的执行，等到高优先级执行结束后，再让之前挂起的进程切换进来继续执行，这对于执行IO的进程来说是不可见的。
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