APC、DPC、IRQL

一直以来对中断这一部分内容弄的一知半解，操作系统和CPU之间如何协同工作也是很模糊。最近花了点时间认真把这块知识进行了梳理，不当之处，还请高手指出，先行谢过了！

本文旨在解答下面这些问题：

　　1.IRQ和IRQL之间是什么关系？

　　2.Windows是如何在软件层面上虚拟出IRQL这套中断机制的

　　3.APC和DPC都是软件中断，既然是中断那么对应的IDT表项中的处理例程在哪里呢？

0x00 Intel 80386处理器的中断

　　首先，让我们忘记Windows，从最开始的80386处理器开始，看看Intel设计它的时候是如何处理中断这个东西的。

先来看看这个诞生于1985年的CPU长什么样子：

　　看看那些伸出来的引脚，下面是它的引脚标注图：

　　注意用红圈标注的两个引脚，这两个就是80386处理器为中断留出的两个引脚。其中INTR是可屏蔽中断输入口，NMI是不可屏蔽中断输入口。

那么中断是如何输入给处理器的呢？那么多外部设备，而这只有一个引脚（暂时只考虑可屏蔽中断），这里就需要为CPU配备一个管理中断的秘书——可编程中断控制器PIC。这个秘书需要干哪些活呢？外部设备的中断都从它来进入中央处理器，所以它负责从外设接收中断信号，并根据优先级向CPU发起中断请求。最开始的这个PIC角色是一个代号为8259A的芯片在进行扮演，这货长这样：

　　下面是它的引脚图：

　　其中IR0-IR7共8个引脚负责连接外部设备， 8259A PIC的每个IR口都连接着一条IRQ线，用于接收外设的中断信号。INT负责连接CPU的INTR引脚，用于向CPU发起中断请求。通常情况下，使用两片8259A芯片进行级联，一片连接CPU，称为主片，另一片连接到主PIC的IR2引脚，称为从片，这样总共就可以连接8+7=15个外设了。如下图所示：

　　在8259A中，默认情况下的优先级是主片IR0的中断请求优先级最高，主片IR7最低，从片IR0-7所有中断请求优先级都相当于IR2。所以IRQ线的优先级由高到低次序为IRQ0，IRQ1，IRQ8-15，IRQ3-7。这是默认情况，可以通过编程改变。

　　在8259a芯片内部有几个重要的寄存器：

　　中断请求寄存器: IRR，8bit，对应IR0-IR7，当对应引脚产生中断信号时，该bit位置1。

　　中断服务寄存器: ISR，8bit，对应IR0-IR7，当对应引脚的中断正在被CPU处理时，该bit位置1。

　　中断屏蔽寄存器: IMR，8bit，对应IR0-IR7，当对应位为1时，表示屏蔽该引脚产生的中断信号。

　　还有一个中断优先级判决器: PR，当中断引脚有信号时，结合这次产生中断的IRQ号和ISR中记录的当前正在处理的中断信息，根据优先级来决定是否把这个新的中断信号报告给CPU，以此来产生中断嵌套。

下面是这15条IRQ线分别连接的外设：

　　现在我们来看看这个秘书是如何和CPU之间进行协调工作的。

　　现在假设我们敲击了一个键盘按键，键盘有中断事件产生，这一事件通过IRQ1这根线告知了主PIC，主PIC经过内部一些判断处理后通过INT发送电信号到CPU侧的INTR。CPU在执行完当前的指令后，检查到INTR有信号，，说明有中断请求来了，再检查eflags中的IF不为零，表示当前允许中断，则发送信号给PIC的-INTA，告诉它把本次中断的向量号发送过来。主PIC收到-INTA管脚上的信号后，通过D0-D7引脚，输出此次中断的中断向量号到数据总线（这里简化了交互过程，实际上有两次INTA信号的发送）。CPU拿到这个号后，就可以从IDT中寻找中断服务例程（ISR）进行处理了，后面的事大家都知道了。

　　那PIC中的中断向量号是怎么来的呢？各个IRQ是如何对应到IDT中的各个项呢？这里就利用了中断控制器的可编程性来决定的了。

　　PIC全称为可编程中断控制器，那么它的可编程体现在哪些方面呢？参考资料2《i8259A中断控制器分析一》一文有比较详细的描述，大体包括编程指定主从片的IRQ线对应的中断在IDT表中的中断向量号、8259a中断控制器的中断方式、优先级方式、中断嵌套方式，中断屏蔽方式、中断结束方式等等，这些都可以由操作系统编程指定。具体的编程格式在参考资料3《i8259A中断控制器分析二》一文中有图文介绍。