第1章 引论 第6课时 操作系统运行基础《操作系统原理课件（第2版）》 同步教学（电子工业出版社）

操作系统原理(第2版） 1.6.2 中断技术 中断机制是实现多道程序并发执行的重要条件，也是现代计算机系统的重要组成部分。中断是指程序在执行过程中CPU对系统发生的某个事件做出的一种反应。中断具有以下特点： （1）中断是随机的。 （2）中断是可恢复的。 （3）中断是自动处理的。 中断发生时，CPU暂停正在执行的程序并保存其运行现场信息，然后自动转去执行相应的中断处理程序，中断处理完成后返回到被中断程序的断点处（同时恢复为被中断程序所保存的现场信息）继续执行或者重新调度其他程序执行。 计算机系统中引入中断的目的主要有两个：一是解决CPU与I/O设备的并行工作问题；二是实现实时控制。 1.6 操作系统运行基础 1．中断分类 根据中断源和中断事件的性质，可以将中断划分为不同的类型。 1.6 操作系统运行基础 （1）外中断：指来自于CPU之外的外部设备通过硬件请求方式产生的强迫性中断。 外中断可以发生在用户态，也可以发生在内核态。不同的外中断通常具有不同的优先级，当CPU处理高一级的中断时，会部分或全部屏蔽较低优先级的中断，外中断一般在两条机器指令之间响应。外中断又可分为不可屏蔽中断和可屏蔽中断。不可屏蔽中断在当前指令执行结束后，就会无条件立即予以响应；可屏蔽中断则根据中断允许标志位是否允许来决定CPU是否响应中断。可屏蔽中断通常用于CPU与外设之间的数据交换。 1.6 操作系统运行基础 （2）内中断：是由CPU在执行指令过程中检测到一个或多个错误或异常条件引起的，用于表示CPU执行指令时本身出现算术溢出、0作除数、取数时的奇偶校验错、访存（访问内存）指令越界或执行了一条所谓的“异常指令”（用于实现系统调用）等情况。这时中断当前执行的程序，转到相应的错误处理程序或异常处理程序。 内中断由CPU中控制器里的硬件中断装置产生，中断处理程序所提供的服务是当前运行程序所需要的，如内存访问错误、单步调试和被0除等。内中断处理程序在当前运行进程（程序）的上下文中执行。 内中断不可屏蔽，一旦发生必须立即响应处理。内中断通常发生在用户态，允许在指令执行期间进行响应并且允许多次响应。 1.6 操作系统运行基础 内中断的分类： （1）强迫性中断。与当前运行程序的执行完全异步，中断是由随机事件和外部请求所引发的，引起强迫性中断的事件不是当前运行程序所期待的。强迫性中断事件主要包括硬件故障中断、程序性中断、外部中断和I/O中断等。 （2）自愿性中断。用户程序在运行过程中请求操作系统为其提供某种功能服务，通过执行一条访管指令而引起的中断，称为“访管中断”或“陷阱”（Trap）。 自愿性中断事件是当前运行程序所期待的，是用户在程序中有意安排的中断，它表示用户程序对操作系统的某种需求。当用户需要操作系统提供某种服务时，就使用访管指令或系统调用产生自愿性中断来达到需求的目的。 1.6 操作系统运行基础 访管中断：访管中断是通过执行访管指令而产生的中断。 用户程序执行时，如果执行的是访管指令就产生一个访管中断，并通过陷入指令将CPU的状态从用户态转换为内核态，然后将处理权移交给操作系统中的一段特殊代码（系统调用子程序），这一过程称为陷入。访管指令在用户态下执行，它包括两个部分：操作码和访管参数。操作码指出该指令是访管指令；访管参数则描述具体的访管要求。不同的访管参数对应不同的中断服务要求，就像机器指令的操作码一样，操作系统通过分析访管指令中的访管参数，调用相应的系统调用子程序为用户服务，系统调用功能完成后再返回到用户态继续运行用户程序。 1.6 操作系统运行基础 2．中断向量 每个中断有一个唯一的与其对应的中断向量号，并按照中断向量号从小到大的顺序放在中断向量表中。根据中断向量号可得到该中断向量在中断向量表中的位置。 中断向量表一般存放在内存中的固定区域。较为简单的PC-DOS系统的中断向量表占用了内存最低端的1KB空间，共存储了256个中断向量。 1.6 操作系统运行基础 3．中断响应与处理 中断系统是现代计算机系统的核心组成部分，通常由两部分组成：硬件中断装置和软件中断处理程序。 （1）硬件中断装置是中断系统的机制部分，负责捕获中断源发出的各种中断请求，并以一定方式响应中断源，然后将CPU控制权交给特定的中断处理程序； （2）软件中断处理程序是中断