中断
中断就是打断处理器当前的执行流程，去执行另外一些和当前工作不相干的指令，执行完之后，还可以返回到原来的程序流程继续执行。中断是处理器必备的机制，下面就来简单说一下中断的发生以及处理过程。
外部硬件中断
从处理器外部产生的中断叫外部中断。事有轻重缓急，中断也分为两种，一种是必须要马上处理的，叫做非屏蔽中断（Non Maskable Interrupt，NMI）。另外一种可以允许延迟处理，叫可屏蔽中断（Interrupt，INTER）。这两种中断是各通过一条信号线引入处理器内部，所以总共有两条中断信号线接入处理器。
当中断发生时，处理器通过中断引脚NMI和INTR得到通知。此外它还应当知道发生了什么事，以便采取适当的处理措施。每种类型的中断都被统一编号，这称为中断类型号、中断向量或者中断号。
非屏蔽中断
由于不可屏蔽中断的特殊性——几乎所有触发NMI的事件对处理器来说都是致命的，也不可恢复。所以这种情况下，就没有抢救的必要了。所以在实时模式下NMI中断的中断号统一都是2，不再区分更详细的情况。
可屏蔽中断
可屏蔽中断通过INTR引脚进入处理器，处理器每次只能处理一个中断。而且多个设备同时发出中断请求的几率也是很高的，所以需要一个中断代理来处理多设备以及并发仲裁的问题。在个人计算机中，用得最多的中断代理就是8259芯片，即中断控制器，从8086处理器开始，它就一直提供着这种服务。即使是现在，在绝大多数单处理器的计算机中，也依然有它的存在。
Intel处理器允许256个中断，中断号的范围是0~255，8259负责提供其中的15个，但中断号并不固定，允许软件根据自己的需要灵活设置中断号，以防止发生冲突。该中断控制器芯片有自己的端口号，可以像访问其他外部设备一样用in和out指令来改变它的状态，包括各引脚的中断号。所以它又叫可编程中断控制器。
每片8259只有8个中断输入引脚，而在个人计算机上使用它，需要两块。如图所示，第一块8259芯片的代理输出INT直接送到处理器的INTR引脚，这是主片（Master）；第二块8259芯片的INT输出送到第一块的引脚2上，是从片（Slave），两块芯片之间形成级联（Cascade）关系。
如此一来，两块8259芯片可以向处理器提供15个中断信号。当时，接在8259上的15个设备都是相当重要的，如PS2键盘和鼠标、串行口、并行口、软磁盘驱动器、IDE硬盘等。现在，这些设备很多都已淘汰或者正在淘汰中，根据需要，这些中断引脚可以被其他设备使用。
如图所示，8259的主片引脚 0（IR0）接的是系统定时器/计数器芯片；从片的引脚 0（IR0）接的是实时时钟芯片RTC。在8259芯片内部，有中断屏蔽寄存器（Interrupt Mask Register，IMR），这是个8位寄存器，对应着该芯片的8个中断输入引脚，对应的位是0还是1，决定了从该引脚来的中断信号是否能够通过8259送往处理器（0表示允许，1表示阻断，和一般的逻辑是反过来的）。当外部设备通过某个引脚送来一个中断请求信号时，如果它没有被IMR阻断，那就可以被送往处理器。8259的主片的端口号是0x20和0x21，从片的端口号是0xa0和0xa1，可以通过这些端口访问8259芯片，设置它的工作方式，包括IMR的内容。
中断能否被处理，除了看8259芯片外，还取决于处理器。在处理器内部，标志寄存器有一个标志位IF，这就是中断标志（Interrupt Flag）。当为0时，所有从处理器INTR引脚来的中断信号都被忽略掉；当其为1时，处理器可以接受和响应中断。IF标志位可以通过两条指令 cli / sti 来关闭 / 开启中断。
中断向量表
中断处理程序本质就是处理器要执行一段与该中断有关的程序。处理器可以识别256个中断，那么理论上就需要256段程序。这些程序的入口点组成一个数组，放在一个指定的位置。这个由入口点组成的数组就叫中断向量表。在实模式下，中断向量表从物理地址0x00000开始，到0x003结束，共IKB的空间。在保护模式下，IDT寄存器保存了中断向量表的起始地址。
内部中断
内部中断发生在处理器内部，是由执行的指令引起的。比如，当处理器检测到div或者idiv指令的除数为零时，或者除法的结果溢出时，将产生中断 0（0号中断），这就是除法错中断。
再比如，当处理器遇到非法指令时，将产生中断6。非法指令是指指令的操作码没有定义，或者指令超过了规定的长度。操作码没有定义通常意味着那不是一条指令，而是普通的数。
内部中断不受标志寄存器IF位的影响，也不需要中断识别总线周期，它们的中断类型是固定的，可以立即转入相应的处理过程。
软中断
软中断是由int指令引起的中断处理。这类中断也不需要中断识别总线周期，中断号在指令中给出。
1 | int3 |
int3是断点中断指令，机器指令码为CC。这条指令在调试程序的时候很有用。指令都是连续存放的，所谓的断点，就是某条指令的起始地址。int3是单字节指令，这是有意设计的。当需要设置断点时，可以将断点处那条指令的第1字节改成0xc，原字节予以保存。当处理器执行到int3时，即发生3号中断，转去执行相应的中断处理程序。
注意，int3和int 3不是一回事。前者的机器码为CC，后者则是CD03，这就是通常所说的int n，其操作码为0xCD，第2字节的操作数给出了中断号。
into是溢出中断指令，机器码为0xCE。处理器执行这条指令时，如果标志寄存器OF位是1，将会产生4号中断。反之这条指令什么也不做。
BIOS中断
调用中断处理程序比较方便，知道中断号以及参数传递规则就行了。事实上操作系统加载完自己之后，以中断处理程序的形式提供了很多基础功能，如硬盘读写功能，并把该例程的地址填写到中断向量表中。这样，无论在什么时候，用户程序需要该功能时，直接发出一个软中断即可。
在以软中断形式提供的功能中，最有名的是BOS中断，之所以称为BOS中断，是因为这些中断功能是在计算机加电之后，BIOS程序执行期间建立起来的。换句话说，这些中断功能在加载和执行主引导扇区之前，就已经可以使用了。
BIOS可能会为一些简单的外围设备提供初始化代码和功能调用代码，并填写中断向量表，但也有一些BIOS中断是由外部设备接口自己建立的。
首先，每个外部设备接口，包括各种板卡，如网卡、显卡、键盘接口电路、硬件控制器等，都有自己的只读存储器（Read Only Memory，ROM），类似于BIOS芯片，这些ROM中提供了它自己的功能调用例程，以及本设备的初始化代码。按照规范，前两个单元的内容是0x55和0xAA，第三个单元是本ROM中以512字节为单位的代码长度；从第四个单元开始，就是实际的ROM代码。
其次，我们知道，从内存物理地址A0000开始，到FFFF结束，有相当一部分空间是留给外围设备的。如果设备存在，那么，它自带的ROM会映射到分配给它的地址范围内。
在计算机启动期间，BIOS程序会以2KB为单位搜索内存地址C0000~E0000之间的区域。当它发现某个区域的头两个字节是0x55和0xAA时，那意味着该区域有ROM代码存在，是有效的。接着，它对该区域做累加和检査，看结果是否和第三个单元相符。如果相符，就从第四个单元进入。这时，处理器执行的是硬件自带的程序指令，这些指令初始化外部设备的相关寄存器和工作状态，最后，填写相关的中断向量表，使它们指向自带的中断处理过程。
保护模式下中断向量的处理
中断是随机产生的，不可预测。但是它发生时，当前处理器当前总会有个任务在执行。这个任务可能是在内核空间执行也可能在用户空间执行。如果中断处理代码的特权等级比当前任务的级别高，比如中断是ring0级别的，当前任务是ring3，则会切换栈。否则会直接使用当前任务的栈。
中断的处理过程如下：
- 栈切换
- 如果中断处理代码的特权等级比当前任务的级别高，则需要从TSS中选择合适的新栈，然后把SS和SP的值压入新栈。如图1.4（b）
- 如果级别相同，就没有栈的切换，直接使用当前栈。如图1.4（a）所示
- 处理器把EFLAGS、CS和EIP的当前状态压入新栈
- 对于有错误代码的异常，处理器还要把错误代码压入新栈，紧挨着EIP之后，
从中断中返回的过程如下：
- 在执行完中断处理程序以后，如果有错误代码，需要先把错误代码出栈
- 从栈中依次弹出EIP和CS以及EFLAGS寄存器的值
- 栈恢复
- 判断当前的特权级别和弹出的CS选择子的特权级别，如果不同，说明之前有过栈切换。从栈中再弹出ESP和SS寄存器的值
- 如果相同，则继续使用当前栈
进程
任务门
英特尔提供了保护模式下切换任务的方法，就是任务门。任务门类似于中断，需要先注册再使用。不过英特尔的设计不够灵活，工业界并没有按照英特尔的思路来使用任务门。所以在现代操作系统中已经很少使用任务门来进行进程切换了。
现代的系统普遍采用的是分时多任务处理，普遍都是用定时器中断来进行任务切换。
用中断实现任务切换
现代的操作系统绝大部分都是使用分时多任务，所以往往使用时钟中断来进行进程调度。时钟中断也是中断的一种，所以上面说的中断的一系列步骤在任务切换时都会发生。不过既然是任务切换，那肯定有现场保存以及恢复现场的逻辑。任务切换就是在中断的基础上增加了现场的保存和恢复。
sysenter和sysexit指令
使用中断进行任务切换时，会有一系列的特权级别校验、上下文寄存器压栈等操作。本来这个作为普通的中断来说是可以忍受的，因为系统中的外部中断没有那么频繁。但是当中断用来进行内核态和用户态切换，大量使用后，带来的性能问题逐渐明显。
所以英特尔专门设计量sysenter和sysexit 这两个指令来实现内核态和用户态的切换。这两个指令没有中断的校验和压栈动作，性能要好得多。（校验和压栈的操作已经用其他设计来替代了）。