1. 概述
在操作系统中，应用程序的执行依赖于各种事件的触发，因此操作系统通常采用事件驱动模型。事件的发生会改变系统状态，比如从用户态切换到内核态。
在本教程中，我们将重点讨论操作系统中两种常见的事件机制：Trap（陷阱）与 Interrupt（中断）。我们会从基本概念入手，逐步厘清它们之间的核心差异，并结合实际例子帮助理解。
2. Trap 简介
Trap 是一种由用户进程中的异常引发的同步中断。常见的触发场景包括：非法内存访问、除以零、断点等。
当 Trap 被触发时，操作系统会切换到内核态，执行相应的处理逻辑，然后将控制权交还给用户进程。也就是说，Trap 的处理具有明确的“调用-返回”语义。
举个例子，当程序中调用 printf() 函数时：
printf("%s\n", str);
该语句会触发系统调用（如 write()），从而引发一个 Trap。操作系统将执行打印逻辑，并在完成后返回用户态继续执行。
Trap 的执行流程如下图所示：
✅ 关键点：
- 同步发生，由程序指令主动触发
- 优先级高于普通用户代码
- 处理完毕后返回原程序继续执行
3. Interrupt 基础知识
Interrupt 是一种由硬件或软件发出的信号，要求操作系统立即响应。它通常用于通知 CPU 某些紧急事件（如键盘输入、磁盘 I/O 完成）。
现代计算机系统是中断驱动的。CPU 执行指令时，除非遇到中断信号，否则会持续执行当前任务。
每个 CPU 都有一个 INT 引脚，用于连接外部硬件（如键盘、网卡）。当用户按下键盘时，硬件会通过 INT 引脚发送中断信号，操作系统随即切换上下文，调用对应的中断处理程序（Interrupt Service Routine, ISR）。
中断的执行流程如下图所示：
✅ 关键点：
- 异步发生，通常由外部设备触发
- 可以由硬件或软件产生
- 多个设备可共享一个中断线（通过中断控制器管理）
4. Trap 与 Interrupt 的核心区别
| 特性 | Trap | Interrupt |
|---|---|---|
| 触发源 | 用户程序指令 | 硬件设备或软件 |
| 同步性 | ✅ 同步 | ❌ 异步 |
| 发生位置 | 仅在程序执行时 | 任意时间 |
| 是否可屏蔽 | ❌ 不可屏蔽 | ✅ 可屏蔽 |
| 所属关系 | Interrupt 的子集 | 包含 Trap 的超集 |
| 处理机制 | 调用 Trap 处理程序 | 调用中断服务程序（ISR） |
| 示例 | 系统调用、除零异常 | 键盘输入、磁盘 I/O 完成 |
⚠️ 常见误区：
- 有些开发者误以为“中断就是 Trap”，这是错误的。实际上，Trap 是中断的一种特殊形式。
- 中断可以屏蔽（通过 CPU 的中断屏蔽寄存器），而 Trap 不能屏蔽。
5. 总结
在本教程中，我们介绍了操作系统中两个关键概念：Trap 和 Interrupt，并从触发机制、同步性、执行流程等多个维度进行了对比。
✅ 一句话总结：
Trap 是程序主动触发的同步中断，Interrupt 是外部设备或系统引发的异步中断。
掌握它们之间的区别，有助于深入理解操作系统如何响应外部事件、管理硬件资源，以及实现高效的上下文切换机制。