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操作系统2-1.ppt

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1,第三讲 中断系统目的与要求:理解中断/异常机制及中断/异常处理过程。重点与难点:中断系统概念及中断/异常处理过程。,2,中断/异常:指系统发生某个异步/同步事件后,处理机暂停正在执行的程序,转去执行处理该事件程序的过程。 中断的引入:为了开发CPU和通道(或设备)之间的并行操作,当CPU启动通道(或设备)进行输入输出后,通道(或设备)可以独立工作了,CPU也可以转去做与此次输入输出不相关的事情,那么通道(或设备) 输入输出完成后,还必须告诉CPU,让CPU继续输入输出以后的事情,通道(或设备)通过向CPU发中断告诉CPU此次输入输出结束。,,第二章 操作系统结构 2.1中断/异常结构,3,异常引入:用于表示CPU执行指令时本身出现算术溢出,零做除数,取数时的奇偶错,访存指令越界,或就是执行了一条所谓“陷入指令”(用于实现系统调用)等情况,这时中断当前的执行流程,转到相应的错误处理程序或陷入处理程序。 注意:最早中断和异常并没有区分,都把它们叫做中断。随着它们的发生原因和处理方式的差别愈发明显,才有了以后的中断和异常。,4,2.1.1中断/异常分类,中断(外中断),异常(内中断) 例外,,I/O中断,时钟中断,,,系统调用 缺页异常 断点指令 其它程序性异常 (如算术溢出等),中断(狭义)与异常的区别: 中断: 与正执行指令无关,可以屏蔽 异常: 与正执行指令有关,不可屏蔽*,广义中断,5,2.1.2中断的分级,中断寄存器:寄存中断事件的全部触发器。 中断位:每个触发器称为一个中断位,当发生某个中断事件时相应位被置上。 中断序号:给中断的一个顺序编号. 中断响应:由硬件在执行每一条指令的最后时刻判断是否有中断,有则无条件转入操作系统的中断处理程序. 中断寄存器图示*,6,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,高级中断处理,中级中断处理,低级中断处理,中断优先级:中断的优先程度.原则上,高、低优先级中断同时到先响应高级中断。高级中断可以打断低级中断处理程序的运行,同级中断同时到时,则按位序响应。,7,中断优先级设计原则:一般来说,高速设备的中断优先级高,慢速设备的中断优先级低。因为高速设备的中断被处理机优先响应可以让处理机尽快地向他发出下一个I/O请求,提高高速设备的利用率。如PDP-11机上的UNIX系统把中断级别分为: 时钟中断:中断优先级=6级 磁盘中断:中断优先级=5级 终端等其它外设中断:中断优先级=4级,8,处理机优先级:指出处理机正运行程序的中断响应级别。即当处理机处于某一优先级时,只允许处理机去响应比该优先级高的中断,而屏蔽低于或等于该优先级的中断。可以通过置处理机优先级来通知硬件屏蔽优先级小于等于处理机优先级的中断. 中断屏蔽:指禁止处理机响应中断或禁止中断出现.,9,,,,中断寄存器,,屏蔽寄存器,,1,1,,,,1,0,,,,,,响应中断*,,软件实现中断屏蔽图示,中断屏蔽有两种方法: 硬件实现(软件置处理机优先级,硬件按系统设计时的约定屏蔽那些低优先级中断) 软件实现(由软件按操作系统优先级约定置屏蔽寄存器)*,10,,,2.2中断/异常响应和处理中断信号是外部设备发给CPU的,故在CPU的控制部件中需增设一个能检测中断的机构。该机构能够在每条机器指令执行周期内的最后时刻扫描中断寄存器,“询问”是否有中断信号。若无中断信号,CPU继续执行程序的后续指令,否则CPU停止执行当前程序的后续指令,无条件地转入操作系统内的中断处理程序。这一过程称为中断响应。 异常是在执行指令的时候,由指令本身的原因发生的,指令的实现逻辑发现发生了异常则转入操作系统内的异常处理程序。,11,,(一)断点和恢复点,PC: 程序计数器.指向马上要执行的那一条指令. 断点: 检测到中断时,处理机刚执行完的那条指令地址. 恢复点:断点的逻辑后续指令地址.PC的值. 现场信息:指中断那一刻确保被中断程序能继续运行的有关信息.如PC,通用寄存器,特殊寄存器等.*,几个基本概念,12,断点和恢复点图示,,,断点,,,,,恢复点,,13,(二)管态与目态,管态(系统态,监督方式,核态):允许特权指令执行的状态,在此状态下地址空间也较大. 目态(用户态,用户方式,用户态):一般用户所运行的状态. PS(PSW):处理机状态字.寄存处理机运行状态的寄存器.,当前处理机状态. 先前处理机状态 处理机优先级 各种控制位(如,外中断赋能位) 条件码(反映指令执行状态)*,14,,(三)中断向量,中断向量:一片存放中断处理程序入口地址和程序运行所需处理机状态字的内存单元。,硬件按中断号,异常类型的不同通过中断向量表散转。,15,中断/异常处理的一般过程,中断,陷入进入 保存现场 分析原因,转中断(陷入)处理程序 恢复现场,16,中断处理的流程图:
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