计算机操作系统原理-4
68页1、清华大学出版社 1/19 第第4章章 中断和处理机调度中断和处理机调度 4.1 中断中断 4.2 处理机调度处理机调度 4.3 实时调度实时调度 4.4 多处理机调度多处理机调度 清华大学出版社 2/19 4.1中断中断 中断的重要性: 中断和通道技术成为了计算机发展过程中一种里程 碑式的重要发展,它们使得今天的计算机更加灵活、灵活、 有效有效。 中断对于操作系统的作用: 中断或中断机制是实现多道程序设计与并发执行的中断或中断机制是实现多道程序设计与并发执行的 基础和必要条件基础和必要条件。如果没有中断,操作系统就无法如果没有中断,操作系统就无法 获得系统的控制权,就不会将处理机(也作为一种获得系统的控制权,就不会将处理机(也作为一种 资源)分派给不同的进程而实现并发执行。资源)分派给不同的进程而实现并发执行。 清华大学出版社 3/19 中断响应三个步骤: 终止当前程序执行终止当前程序执行 保存断点信息保存断点信息 转相应中断处理程序转相应中断处理程序 中断打断正常执行序列, 当处理完成后,再恢复 执行(如图4.1)。在并发 环境下,用户程序不需用户程序不需 要为中断添加任何特定要为中
2、断添加任何特定 代码代码。 1 2 i i+1 n 在 此在 此 处 产处 产 生 中生 中 断断 用户程序用户程序中断处理程序中断处理程序 图 4.1 通过中断转移控制 4.1中断中断 4.1.1中断和指令周期中断和指令周期 重新回顾重新回顾 和熟悉和熟悉 清华大学出版社 4/19 为适应中断产生,在指令周期末端要增加一个中断 阶段(如图4.2所示)。 取下一条指令分析指令执行指令 检查中断;检查中断; 初始化中初始化中 断处理程序断处理程序 停止 开始开始 取指阶段分析阶段执行阶段中断阶段 图 4.2 中断和指令周期 4.1中断中断 4.1.1中断和指令周期中断和指令周期 清华大学出版社 5/19 4.1.2中断处理中断处理 强迫性中断:强迫性中断:这类中断大致有如下几种: 时钟中断时钟中断:如硬件实时时钟到时等 输入输出中断输入输出中断:设备数据传输结束/设备出错等。 控制台中断控制台中断:系统操作员通过控制台发出命令等。 硬件故障中断硬件故障中断:如掉电、内存效验错等。 程序性中断程序性中断:如地址越界、数据溢出,除零等。 4.1中断中断 自愿性中断自愿性中断 程序事先有意识安
3、排的;事先有意识安排的;通常执行访管指令(系统 调用)而引起的,其目的要求系统提供某种服务。 清华大学出版社 6/19 正在运行正在运行 的程序的程序 中断装置中断装置 中断处理程序中断处理程序 时钟中断 I/O中断中断 控制台中断控制台中断 硬件中断硬件中断 程序错误中断程序错误中断 运行程序运行程序 访管指令访管指令 中断装置中断装置 中断处理程序中断处理程序 (a)强迫性中断(b)自愿性中断 图4.3 两类中断事件 4.1中断中断 4.1.2中断处理中断处理 确定位置中断确定位置中断任意位置中断任意位置中断 下下 一一 步步 清华大学出版社 7/19 4.1中断中断 4.1.2中断处理中断处理 对于图4.3,每类中断事件一个中断处理程序,及 一个入口地址。 当中断事件发生时,中断装置根据中断类别自 动地将对应的PSW和PC分别送入程序状态字和程 序计数器中,如此便转入到对应的中断处理程序, 如图4.4所示。 应当说明的是,图4.4所示的中断处理是比较比较 典型典型的形式。对于系统的中断处理,硬件要保存硬件要保存 哪些信息,保存到什么地方,这些随哪些信息,保存到什么地方,这些随CP
4、U(或系(或系 统)而不同统)而不同。 清华大学出版社 8/19 PSW1,PC1 PSW2,PC2 PSW3,PC3 PSW4,PC4 PSW5,PC5 PSWn,PCn CSW CAW 定时器定时器 PSW1,PC1 PSW2,PC2 PSW3,PC3 PSW4,PC4 PSW5,PC5 PSWn,PCn 现行现行PSW,PC 旧旧PSW,PC 新新PSW,PC PC1:中断处理程序:中断处理程序 PC2:中断处理程序:中断处理程序 PC3:中断处理程序:中断处理程序 PC4:中断处理程序:中断处理程序 PC5:中断处理程序:中断处理程序 PCn:中断处理程序:中断处理程序 图4.4 中断向量与中断处理程序 结束结束 4.1中断中断 清华大学出版社 9/19 时钟中断时钟中断 时钟中断是现代操作系统不可或缺的控制手段, 所以在此特别强调。时钟中断管理及维护的内容: 进程管理进程管理:用于时间片轮转处理机调度算法的系 统中,记录进程已占用处理机时间等。 作业管理作业管理:记录作业在输入井中等待的时间等。 4.1中断中断 4.1.2中断处理中断处理 资源管理资源管理:动态统计运行进程占
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