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外围设备的速度远低于CPU的速度，所以为提高CPU计算效率，现代计算机变内核主动为硬件主动，只在硬件需要的时候才发送信号，通知内核来处理数据。这样外围设备与内核的协作方式即为中断机制。而设备发送的信号即为中断，其本质为一种特殊的电信号。
1、各外围设备与中断管理器各输入引脚相连；
2、中断管理器与CPU之间只存在一条中断管线；
3、设备发送一个中断到中断管理器；
4、中断管理器发送对应电信号给CPU。
5、CPU中断当前工作，开始处理中断，并通知操作系统。
6、操作系统调用中断处理程序。
1、不同的设备对应不同的中断，并被用数字标识；
2、对应的设备需要对应的中断处理程序；
3、中断值即中断请求线（IRQ），被关联到不同的数值量，如IRQ 0，中断亦可动态分配。
4、设备中断信号可能在任意时刻到来，不与CPU时钟同步，即异步硬件中断。
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如果程序出现编码错误、CPU本身故障和内存缺页等反常情况时，CPU将异常反馈给内核，调用异常处理程序进行处理。异常的产生必须与cpu时钟同步，又叫同步中断。
1、故障，执行处理函数后，恢复现场继续执行；
2、陷阱，用于调试，陷阱命令执行完毕后，内核将控制权返回给用户程序；
3、异常中止，用于报告严重错误，如硬件故障和系统表数值异常等，其异常处理函数将立即中止程序的执行；
4、编程异常，用于执行系统调用或向调试程序通报特定事件，即软中断，被当做陷阱处理。
内核在响应一个中断时，将调用对应的特定函数，这个函数就是中断处理程序 。这个函数是按照特定类型声明的C函数，运行与中断上下文中。中断随时可能到来，为保证尽快恢复被中断代码的执行，中断处理程序必须保证快速执行。但中断处理程序可能要完成大量非瞬时工作（比如将网络数据拷贝到内存，并将预处理的数据转交给特定的协议栈），所以中断处理任务被两部分，上半部--中断处理程序实时响应中断并执行，下半部--完成可被退出处理的工作，在合适的时机到来后，下半部将开中断执行。
中断程序是硬件驱动程序的重要组成部分。硬件的驱动程序在初始化加载时，必须为其中断线注册对应的中断处理程序。同一中断线可能被对个设备共享，此时必须使用设备结构来区分。共享中断线的各设备，注册中断程序时必须使用IRQF_SHARED标志位。中断程序可以注销，若某中断线上所有诊断处理程序均已注销，则此条中断线被禁用。
内核在执行中断处理程序时，即处于中断上下文中。中断上下文有严格的时间限制。中断上下文时执行的代码，必须迅速并简洁，不适用循环处理繁杂任务，且不能睡眠或调用可能睡眠的函数（否则无法重新调度），以迅速恢复中断现场，防止打断其他代码（甚至其他中断线的中断程序）的执行。所以中断程序的上半部必须力求简约。
2.6版本之前的中断程序共享被中断进程的内核栈（无进程调度时，将使用空任务进程idle），2.6版本的linux为每个CPU均分配了一个中断栈。内核将中断处理程序的入口点预定义在内存中，中断到来，内核跳到中断入口点，保存该中断号和当前寄存器的值，接着执行do_IRQ()禁止该中断线并屏蔽该CPU对任意中断的响应（防止中断的嵌套和重入问题），接着开始调用对应的中断处理C代码。
1、BH静态全局链表：即bottom half，在全局范围内同步，共32个bottom halves组成，用一个32位数标识那个BH可执行。简单方便、死板、性能不够；
2、任务队列：即task queue，一组待处理函数组成的链表队列，驱动程序将下半部注册到队列中，内核依照队列循序处理。性能有提升，但不能完全替换BH，无法处理高性能子系统；
3、软中断、tasklet和工作队列：2.3开发版本开始。软中断是静态定义的32个下半部接口（结构体数组），可在所有处理器上同时运行；tasklet基于软中断实现，可动态创建和加载，不同类型的tasklet可同时在不同cpu上运行，但同类型tasklet只能同时运行一个，由于其灵活性，tasklet是最常见的下半部实现；工作队列将下半部任务排队，在进程的上下文中执行，替代任务队列（2.5）。2.5版本后，BH被彻底废弃。
4、内核定时器：将工作延期到某个确定时间段去执行，适用于有时间要求的下半部。
信号是进程处理异步事件的方法，信号是进程与内核、进程与进程通信的一种方式，是进程接受外部控制的一种方式，比如：接受内核执行除零计算返回的SIGSEGV信号，父进程接受子进程的SIGCHLD，接受键盘驱动产生的SIGINIT信号等。进程对信号的默认处理方式：终止进程、终止进程+生成core文件、忽略和暂停进程等。软件编程人员可以在程序中设置信号处理函数，以响应外部信号。
信号即软件中断，它与软中断不同，信号是软件程序的中断，软中断是内核的中断，但它们有许多的共同点，都将中断程序的运行并执行指定的函数，尤其是在使用中必须注意的同步和互斥问题，必须谨慎的使用临界区代码。为防止临界区代码对共享资源的并发访问，必须保证临界区代码的原子性。信号中断实际的中断点是在某个系统调用后，而不是用户函数。
当进程收到信号时，内核信号预处理函数do_singal()会将信号的处理句柄（对应信号处理函数）插入到用户进程的程序堆栈中，在当前系统调用结束并返回后，信号处理函数才会被pop并执行，最终返回执行用户程序。
对于慢速系统调用，慢速系统调用将进程运行状态置为TASK_INTERRUPTIBLE，可能在其为完全执行完毕前，信号的到来将导致其提前返回（内核进程调度函数将进程运行状态更新为TASK_RUNNING，唤醒进程，直接将进程入可调度队列并执行）。4.2BSD为部分慢速系统调用设计了自动重启动功能，详细内容可参照APUE。
各类信号设置函数，支持的系统请参看APUE2.p304
1、signal
2、sigset
3、sigvec
4、sigaction（推荐）
旧signal提供的是不可靠的信号机制，sigaction提供的是可靠的信号机制，但当前大多数系统的signal均以sigaction实现，所以signal也是可靠的信号处理了。但依然建议只使用sigaction，除非系统不支持。
这些安装信号处理程序的函数全部支持：保持已安装的信号处理程序，并提供阻塞信号的功能。
早期UNIX版本的信号，可能会丢失，对信号的控制能力也非常弱，不能阻塞信号。比如：早期接收信号并处理时，该信号的处理复位为默认，而从捕获信号到执行信号处理函数之间会有一个时间窗，此时如果信号再次到来时，进程可能被终止。有时我们只想暂时阻塞信号，但是不要忽略信号，在进程准备好是再去获取并处理，但是早期的UNIX并不具备该功能。此时，信号处理是不可靠的。
在后期的4.2BSD和SVR3均提供了改进的信号处理机制，POSIX.1最终选择了BSD的可靠信号方案作为标准化的基础。
注：不要有这样的误解：由sigqueue()发送、sigaction安装的信号就是可靠的。事实上，可靠信号(实时信号)是指后来添加的新信号（信号值位于SIGRTMIN及SIGRTMAX之间）；不可靠信号（非实时信号）是信号值小于SIGRTMIN的信号。信号的可靠与不可靠只与信号值有关，与信号的发送及安装函数无关。signal()及sigaction()都不能把SIGRTMIN以前的信号变成可靠信号（都不支持排队，仍有可能丢失，仍然是不可靠信号），而且对SIGRTMIN以后的信号都支持排队。这两个函数的最大区别在于，经过sigaction安装的信号都能传递信息给信号处理函数（对所有信号这一点都成立），而经过signal安装的信号却不能向信号处理函数传递信息。对于信号发送函数来说也是一样的。
信号机制具有以下三方面的功能：
（1 ）发送信号。发送信号的主要函数有：kill()、raise()、
sigqueue()、alarm()、setitimer()以及abort()；
（2 ）预置对信号的处理方式。接收信号的程序用 signal( )
来实现对处理方式的预置；
（3 ）收受信号的进程按事先的规定完成对相应事件的处理。
如下是一简单的信号处理程序，sigaction设置信号SIGINT的处理方式，用户通过按Crtl+C生成SIGINT信号给当前进程，程序收到信号后foo函数打印信息。
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
void foo(int signum)
{
printf("Hello signal(%d), i catch you!\n", signum);
}
int main()
{
struct sigaction act, oact;
act.sa_handler = foo;
sigemptyset(&act.sa_mask);
act.sa_flags = 0;
if(sigaction(SIGINT, &act, &oact) < 0)
{
return (-1);
}
while(1)
{
sleep(1);
}
return 0;
}
1、int kill(pid_t pid, int signo)
2、int raise(int signo)
3、int sigqueque(pid_t pid, int signo, const union sigval val)
4、unsigned int alarm(unsigned int seconds)
5、int setitimer(int which, const struct itimerval *value, struct itimerval *ovalue))
6、void abort(void)
关于软中断：http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/kernel/interrupt/index.html
信号入门与信号编程：http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-ipc/part2/index1.html 对信号相关的基础知识介绍的很全面
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-ipc/part2/index2.html 对信号编程做了较详细说明
http://www.man7.org/linux/man-pages/man7/signal.7.html signal的man信息
http://linux.chinaunix.net/techdoc/system/2006/06/04/933746.shtml 对信号的内核处理以及信号编程做了比较详细的描述
可重入、异步信号安全和线程安全：http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-signalsec/ 提供了异步信号转化为同步信号的方法
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-reent.html 使用可重入函数进行更安全的信号处理
http://blog.sina.com.cn/s/blog_8fa7dd4101015hi5.html 可重入、线程安全、异步信号安全小结
W. Richard Stevens, Advanced Programming in the UNIX Environment(2 Edition) 对信号编程有介绍
赵炯，Linux内核完全剖析——基于0.12内核 详细分析了0.12内核下的信号和中断处理源码
Robert Love, Linux Kernel Development(3 Edition) 有对Linux的中断机制的阐述
信号中断与异步信号中断安全编程,布布扣,bubuko.com
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原文地址：http://www.cnblogs.com/txsf/p/3681474.html
