轮询与中断的概念和区别

轮询（Polling）和中断（Interrupts）是计算机系统中两种不同的处理外部事件或设备请求的方法。它们的主要区别在于如何检测和响应这些事件，以及对CPU资源的利用效率。

轮询

• 定义：轮询是一种主动检查方式，程序定期查询设备的状态以确定是否有需要处理的事件。
• 工作原理：在轮询模式下，CPU会周期性地访问每个可能产生事件的设备，并检查该设备是否需要服务。如果发现有事件发生，则处理之；如果没有，则继续下一个设备的检查。
• 优点：
  • 实现简单直观。
  • 不需要额外的硬件支持来生成中断信号。
• 缺点：
  • 效率低下，特别是在大多数时间设备都没有事件的情况下，CPU浪费了大量时间进行无用的检查。
  • 延迟较高，因为只有当轮询到某个设备时才会发现事件的发生。
  • CPU利用率不高，尤其是在多设备环境下，CPU可能会花费大部分时间在轮询上。

中断

• 定义：中断是一种被动通知机制，当外设准备好或者有数据需要处理时，它会发送一个信号给CPU，告知CPU需要暂停当前任务去处理这个紧急情况。
• 工作原理：当设备准备就绪或发生特定事件时，它会向CPU发送一个中断请求。CPU接收到中断后，会暂时保存当前执行的任务状态（上下文），然后跳转到预先定义好的中断处理程序来处理这个事件。处理完毕后，CPU恢复之前保存的状态并继续原来的工作。
• 优点：
  • 高效，CPU不需要不断地检查设备状态，只有在实际需要的时候才被中断。
  • 反应迅速，一旦事件发生，几乎可以立即得到处理。
  • 支持并发操作，允许多个设备同时发出中断请求，提高了系统的并发处理能力。
• 缺点：
  • 实现较为复杂，需要专门的硬件支持来识别中断源，并且软件层面也需要编写相应的中断处理程序。
  • 如果中断过于频繁，可能导致CPU无法完成正常的任务流，影响整体性能。
  • 在某些情况下，中断处理也可能引入额外的延迟，尤其是当需要保存和恢复大量上下文信息时。

总结来说，轮询适用于低优先级、不频繁发生的事件处理场景，而中断则更适合于高优先级、实时性强的事件处理需求。现代操作系统通常结合使用这两种方法，以达到最佳的效果。