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操作系统中断的概念,操作系统中断方式

时间:2023-05-05 17:12:24 阅读:276149 作者:149

1 中断机制的产生

早期计算机各个程序只能串行执行、系统资源利用低。为了解决上述问题,人们就发明了操作系统,引入了中断机制,实现了多道程序的并发执行,提高了系统资源的利用率。中断是多程序并发执行的前提条件。

(1) 以两个进程并发运行为例,进程1在用户态运行了一段时间后,CPU会接收到计时部件(操作系统内核的时钟管理部件)发出的中断信号,表示进程1已经用完了一个时间片,CPU会切换到核心态,把CPU的使用权限交还给操作系统,操作系统内核就会对刚才的中断进行处理,操作系统知道进程1的时间片用完,就需要切换进程,在完成切换进程的一系列工作后,操作系统又会将CPU的使用权交还给用户进程。
(2) 接着进程2拿到CPU执行权就会在用户态下执行,进程2执行一段时间后,进程2发出系统调用(内中断信号),请求输出,主动要求操作系统介入工作,CPU会立即切换到核心态,把CPU的使用权限交还给操作系统,操作系统内核接管进程2系统调用请求,调用IO设备开始输出工作,然后操作系统交还CPU执行权,IO设备也会并行执行,进程2需要等待IO操作完成,所以进程1拿到CPU执行权开始运行。当执行一段时间后,IO操作完成,IO设备向CPU发送一个中断信号,此时CPU由用户态再次转换为核心态,对刚才的中断信号处理,由于IO操作完成,所以操作系统知道进程2可以恢复运行了,以完成后续工作,所以操作系统再次交还CPU执行权,让进程2再次运行。

从上面过程可以看出:

(1) 当中断发生时,CPU立即进入核心态。
(2) 当中断发生后,当前运行的进程暂停运行,并由操作系统内核对中断进程处理。
(3) 对于不同的中断信号,会进行不同的处理。

2 中断的本质

中断的本质:发生中断就意味着需要操作系统介入,开展管理工作。
当发生了中断,就意味着需要操作系统的介入,开展管理工作。由于操作系统的管理工作(如进程切换、分配IO设备)需要使用特权指令,因此CPU要从用户态转换为核心态。中断就可以使CPU从用户态转换为核心态,使操作系统获得计算机的控制权。因此,有了中断,才能实现多道程序并发执行。
用户态到核心态的转换就是通过中断机制实现的,并且中断是唯一途径
核心态到用户态的切换时通过执行一个特权指令,将程序状态字(PSW)标志位设置为用户态。

3 中断的分类

中断可以分为:内中断和外中断。

内中断:内中断的信号来源于CPU内部、与当前执行的指令有关。如整数除0。外中断:外中断的信号来源于CPU外部、与当前执行的指令无关。如用户强制结束一个进程、IO设备完成操作发生的中断信号。 4 中断的处理过程

(1) 执行完每个指令后,CPU都要检查当前是否有外部中断信号。
(2) 如果检测到外部中断信号,则需要保护被中断进程的CPU环境(如程序状态字PSW、程序计数器、各种通用寄存器)。
(3) 根据中断信号类型转入相应的中断处理程序。
(4) 恢复进程的CPU环境并退出中断,返回原进程继续往下执行。

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