前言： 最近我一直在进行操作系统的学习。 顺便也推荐一本书《30天自制操作系统》，是一位日本作家，川合秀实写的。书的文字浅显易懂，也提供了大量的工具，这本书将教会读者如何一步一步实现自己的操作系统。然而读者也大可不必抱着“我一定要自己写出来！”的心态去阅读，可以只看作者做了哪些步骤，这些步骤的目的是什么，对它的做法有个大概的了解即可。 因为如果想每一步都完全靠自己实现，那要学习的成本实在太高，从计算机组成原理，到CPU指令集、X86汇编，编译原理，到C语言编译器，最重要的是要本身就对操作系统有着非常深刻的理解。所以对咱本科三年级的学生来说，并不现实。 就如同学习JAVA，谁会一上来就抱着JVM啃呢？肯定是Hello World 先~

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即使是毫无经验的普通人，也都一定知道，CPU有着非常快的运算速度，它的职责就是不断地读取指令，执行指令，如此往复下去。 计算机的一切，都几乎是靠着CPU来进行控制的，而其他设备，例如鼠标，键盘，都是无法直接与CPU交互的,因为CPU只能直接访问内存，操作寄存器。

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如果只有CPU，那么只能执行一系列命令，和当年的“打纸带”是没啥区别的，所以才有了其他的硬件，而其他硬件想要能与CPU交互，必须有点巧妙的东西。 这里有一句话说的很好“计算机科学的一切问题，都可以通过中间层解决”， 细品一下。 在硬件层面，当年设计电脑的叔叔们也设计出了一个中间层，用来解决和这些设备交互的问题，它就是PIC（Programmable interrupt controller）可编程中断控制器。 它和CPU之间大概就是这关系。CPU和主PIC相连，然后主PIC与从PIC通过IRQ2相连。 IRQ（Interrupt ReQuest）可中断请求，计算机中，每个独立的硬件都会有一个独立的IRQ，那么有人就会有疑问了，这一共才16个IRQ，怎么够那么多硬件分？一种是通过PCI插卡，也就是通过主板上那长长的PCI接口来扩展，因为PCI总线是共享一个IRQ的。另一种办法就是通过USB的方式来加入硬件，因为USB的控制芯片只占用一个IRQ，而非所有USB设备都会占用一个IRQ。有了PIC，它就可以代理其他设备，像CPU发送消息，CPU也就能够拿到PIC传来的数据。而这个发送的数据，就是中断。

通过图片可以知道，PIC相对于CPU来说，属于外部设备。 而CPU只能通过OUT指令,向PIC发送数据。 不了解汇编的同学，可以这样理解，CPU就是一个海岛，海岛上有许许多多的港口，每一个港口，都有自己的号码，这个号码就是端口号，我们向特定的端口发送数据，就如同一艘船从港口出航，驶向数据的终点。OUT指令就是做这样一件事情。这样，我们就能让CPU向PIC发送指令，让它完成对应的初始化工作，也能够从PIC读取各个设备发来的数据。

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说了这么多，还没说到中断是什么，那现在就来介绍一下它。前面已经说了，CPU是一个只会不断执行指令家伙，而有些事情，并不能一开始就设定好，然后让CPU去执行的。例如键盘按下，鼠标移动等。这些都是需要CPU去处理的，然后才能得到反应。而如何让CPU知道键盘按下了呢？答案就是产生一个中断。中断这个说法也是非常的形象了，就像对CPU说“桥豆麻袋~！” CPU收到这个信号之后，就会停下手中的事情，去处理这个中断。当它处理完成之后，就会继续去完成剩下的事情。 那么怎么才能让中断能够通知到CPU呢？ 我们首先必须弄出一个叫IDT(interrupt descriptor table)的东西,中文可以叫做中断记录表，通过将这个中断记录表，放在内存中,才能让CPU能够处理中断信号，这件事情，只能通过汇编来做

_load_idtr:		; void load_idtr(int limit, int addr);
	MOV	AX,[ESP+4]	; limit
	MOV	[ESP+6],AX
	LIDT	[ESP+6]
	RET

以上就是用汇编注册IDT的代码，可以通过特殊的方法（其实是编译器的加持）来被C语言调用，参数包含一个limit，可以理解为IDT的长度（大小），addr则是表示IDT的首地址。完成了这个指令之后，就可以将IDT表注册成功。

void init()
{
	for (i = 0; i <= LIMIT_IDT / 8; i++) {
		set_gatedesc(idt + i, 0, 0, 0);
	}
	load_idtr(LIMIT_IDT, ADR_IDT);
	set_gatedesc(idt + 0x21, (int) asm_inthandler21, 2 * 8, 0x008e);
}

void set_gatedesc(struct GATE_DESCRIPTOR *gd, int offset, int selector, int ar)
{
	gd->offset_low   = offset & 0xffff;
	gd->selector     = selector;
	gd->dw_count     = (ar >> 8) & 0xff;
	gd->access_right = ar & 0xff;
	gd->offset_high  = (offset >> 16) & 0xffff;
	return;
}

_asm_inthandler21:
		PUSH		ES
		PUSH		DS
		PUSHAD
		MOV		EAX,ESP
		PUSH		EAX
		MOV		AX,SS
		MOV		DS,AX
		MOV		ES,AX
		CALL		_inthandler21 
		POP		EAX
		POPAD
		POP		DS
		POP		ES
		IRETD

void inthandler21(int *esp)
{
	unsigned char data;
	io_out8(0x0020, 0x61);	/*通知PIC，IQR-01已经收到通知*/
	data = io_in8(0x0060);
	return;
}

以上的代码大可不必完全看懂，只需要记住，他们做了什么事情：首先对IDT进行分配和注册，然后设置特定的中断用什么函数处理，上面设定的是IRQ-01，也就是键盘产生的中断，我们用汇编写了它的处理程序asm_inthandler21（其实用C语言也可以写，但是中断处理完成后，不能使用RET指令，也就是C语言中的Return，必须用IRETD，所以暂时直接用汇编写出这个处理程序），并且重新调用set_gatedesc()，来注册它，这样一来，每当有中断产生，CPU就会自动调用这个函数。而在这段用汇编写的函数中，我们还通过CALL来调用了用C语言编写的inthandler21()函数，实际上我们的处理逻辑就在这个inthandler()函数中。 在这个函数中我们也先通过io_out()函数，告诉PIC，我们已经收到这个中断通知了，然后我们通过io_in()函数，获取这个中断所携带的数据。io_out和io_in函数其实分别就对应OUT和IN指令，分别掌管着输出和输入。

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做完了以上的事情，每当我们按下按键之后，inthandler21()函数中的data变量，就能够接收到设备产生的数据。虽然实际的操作系统中远没有这么简单（例如键盘内部一次只能发送一个字节数据，但每次按键会产生的数据“键值代码”有两个字节大小，所以一个char类型的data是接收不全的），但差不多都是这个逻辑。 好了，了解了中断之后，我们来讲讲消息机制。 Windows操作系统中，我们按下键盘，移动鼠标，都能看到反馈。这些都是操作系统提供的“炫酷的”视觉效果，而这些信号，是由外部设备直接产生的，并且告诉CPU，CPU再调用操作系统注册的处理函数。如果我们自己为这个操作系统编写程序，是根本无法访问到底层设备产生的信号的。那如何让我们的程序也做出响应呢？ 前面提到一句话“计算机科学的一切问题，都可以通过中间层解决”。 Windows也是如此，Windows为每一个运行的进程，都维护了一个消息队列（不是Kafka那种，但却真的很像），当Windows检测到底层的鼠标按下，键盘移动等产生的中断，就将他们转换成特定的消息，投放到消息队列中，然后应用程序不断的从队列中取出消息，并且做出对应的响应。 在很久以前的Windows程序设计中，每一个窗口程序一定会有一个叫做消息循环的东西，它其实是一个死循环，它的作用就是不断的不断地读取消息队列里的消息，然后调用编程者开发的对应的处理函数。没有经历过win32时代的程序员肯定也没用过这东西（我也没用过），但是WinForm程序设计许多人都很熟悉，里面就包含了各种事件，例如鼠标点击什么的，可以推测，winform程序中也一定有着类似的东西，不断的从Windows消息队列中读取消息，然后调用对应的事件处理函数。 除桌面程序之外，在Web应用程序中，也总会有一个线程，会不断地循环，不断地监听某个网络端口，看看有没有发来的请求，如果有请求，则立马进行处理。

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上面历史类的东西讲完了，后来的开发者受到历史的启发，设计出了一种编程模式：“观察者模式”。就好比一本杂志，它非常受欢迎，但它也非常奇怪，谁也不知道它的下一期会什么时候发布，于是人们每天都去报刊社问一问。这无疑是件非常麻烦的事情，于是报刊社老板想了一个办法，让想看这本杂志的人，把电话号码登记在报刊社，等新杂志一到货，他就给所有想看的人们打电话。于是人们都能解放出来，不必每天都去一趟报刊社，可以专心做自己的事情。

这样的设计方式可以大大降低程序的耦合，可以避免大量的重复代码。在C#中，用event 事件 来让开发者非常方便就能实现这个设计模式。而在其他语言中，例如JavaScript 则是Observeable，一个可订阅对象来实现的。

计算机的世界就是如此，从最底层的CPU中断，到操作系统的消息机制，再到程序设计的中的事件与观察者模式，总是有着非常惊人的相似，让人即觉得计算机的设计是历史的偶然，又认为它是时代发展的必然，实乃妙也~

以上就是本人在学习了中断之后，产生的感悟与个人见解，附件会上传《30天自制操作系统》的电子扫描版和程序压缩包，不过我还是希望看官们能够支持这本书作者。

30天自制操作系统.7z