Стек прерывания: куда девается прерванная работа

Вы нажали клавишу, пока процессор занят другой программой.

1. работа идёт В стеке 0

   Процессор выполняет программу: считает, читает память, ничего не подозревает.

2. сигнал В стеке 0

   Контроллер клавиатуры зафиксировал нажатие и поднял запрос на прерывание. Контроллер прерываний передаёт сигнал процессору.

3. работа идёт В стеке 0

   Процессор дописывает текущую инструкцию: прервать его посередине инструкции нельзя.

4. в стек В стеке 1

   В стек уходит состояние: содержимое регистров и адрес следующей инструкции, чтобы вернуться ровно туда, где остановились.

5. обработчик В стеке 1

   По номеру прерывания процессор находит в таблице векторов адрес обработчика: тот читает код клавиши, кладёт его в буфер и сообщает программе, которая ждёт ввода.

6. из стека В стеке 0

   Состояние восстанавливается из стека, и работа продолжается с того же места.

Всё заняло микросекунды, и прерванная программа ничего не заметила. В этом и смысл сохранения состояния: прерывание обязано вернуть процессор ровно в ту точку, где его забрали.

Пока работает один обработчик, приходит сигнал от другого устройства.

1. работа идёт В стеке 0

   Процессор выполняет программу.

2. сигнал В стеке 0

   Диск закончил запись и поднял своё прерывание.

3. в стек В стеке 1

   Состояние программы уходит в стек.

4. обработчик В стеке 1

   Работает обработчик диска.

5. сигнал В стеке 1

   Приходит прерывание от системного таймера - то самое, которое отсчитывает кванты времени.

6. в стек В стеке 2

   Теперь в стек уходит состояние самого обработчика: в стопке два кадра.

7. обработчик В стеке 2

   Отрабатывает обработчик таймера, управление получает планировщик задач.

8. из стека В стеке 1

   Возврат в обработчик диска: он продолжает с того места, где его прервали.

9. из стека В стеке 0

   И только теперь возврат в прерванную программу.

Стопка растёт и убывает строго по порядку: кто сохранился последним, тот вернётся первым. Именно поэтому вложенные прерывания не путают состояния между собой.

Ядро занято тем, что нельзя прерывать посередине.

1. работа идёт В стеке 0

   Ядро меняет таблицу страниц виртуальной памяти: переключиться посередине нельзя, иначе получится несогласованное состояние.

2. работа идёт В стеке 0

   Специальной инструкцией процессор временно запрещает обработку прерываний.

3. сигнал ждёт В стеке 0

   Приходит прерывание от мыши и ждёт: пока прерывания отключены, реакции не будет.

4. сигнал ждёт В стеке 0

   Приходит прерывание от сетевой карты и тоже ждёт.

5. работа идёт В стеке 0

   Ядро дописало своё дело и снова включает прерывания.

6. в стек В стеке 1

   Накопившийся запрос наконец доходит до процессора, состояние уходит в стек.

7. обработчик В стеке 1

   Обработчик отрабатывает и уступает место следующему.

8. из стека В стеке 0

   Возврат к прерванной работе.

Пока прерывания отключены, мышь не реагирует, сеть не принимает пакеты, таймер не тикает. Поэтому ядро глушит их на доли микросекунды и сразу включает обратно.