湘潭大学 操作系统 第2章课件 ppt.ppt

* 计算机操作系统 第2章 中断 * 目 录 2.1 中断的基本概念 2.2 中断在操作系统中的地位 2.3 中断响应过程 2.4 中断处理过程 2.5 向量中断 * 2.1 中断的基本概念 所谓中断，就是指CPU在执行一个程序时，对系统发生的某个事件（程序自身或外界的原因引起的）会做出的一种反应，即CPU暂停正在执行的程序，保留当前程序的运行现场后自动转去处理相应的事件，处理完该事件后，又返回到之前的程序断点，继续执行被中断的程序。 * 2.1 中断的基本概念 图 2.1 中断概念示意图 * 2.1 中断的基本概念 中断具有以下特点： 随机性：在系统运行过程中，中断事件随时可能出现。 可恢复性：完成对某一事件的中断处理程序后，系统会返回到原程序的断点处继续执行。 自动性：在中断事件发生后，进入中断、执行中断处理程序以及中断返回都是由系统自动完成的。 * 2.1 中断的基本概念 系统在进入中断时，会访问中断寄存器和程序状态字（Program Statement Word，PSW）寄存器的内容。 系统硬件会为每个中断源设置中断寄存器，中断发生时的相关信息被记录在该寄存器中，以便分析处理。 中断寄存器中的内容称为中断字。 程序状态字寄存器的作用是控制指令的执行顺序并保留和指示与程序相关的系统状态。 * 2.1 中断的基本概念 PSW主要包括： 指令地址：程序当前应该执行的指令的地址，有些机器会将该信息存放在一个单独的寄存器——程序计数器（PC）当中。 条件码：当前指令的执行情况。 目态(用户态)/管态(系统态)：CPU处于何种工作状态。 中断屏蔽位：程序在执行时应该屏蔽哪些中断，即哪些中断发生时CPU不予响应。常用于需要连续运行的程序中，防止任务被中断干扰。在中断服务中设置适当的屏蔽位，可以起到对优先级不同的中断源的屏蔽作用，防止在执行某一类中断处理时受其它中断干扰。 寻址方式、编址、保护键。 响应中断的内容。 * 2.1.1 中断的作用 中断具有如下一些作用： （1）实现CPU与I/O设备并行工作。 （2）实现硬件故障处理。 （3）实现人-机联系。 （4）实现多道程序和分时操作。 （5）实现实时处理。 （6）实现应用程序和操作系统的联系。 （7）实现多处理机系统中处理机之间的联系。 * 2.1.2 中断的类型 按中断功能分类 ①硬件故障中断：机器发生故障时所产生的中断叫做硬件故障中断。 ②程序性中断：在执行程序的过程中，发现了程序性质的错误或出现了某些程序的特定状态而产生的中断叫做程序性中断。 ③外部中断：对某台中央处理机而言，它的外部非通道式装置所引起的中断叫做外部中断。 ④输入/输出中断：输入/输出中断是当外部设备或通道操作正常结束或发生某种错误时所发生的中断。 ⑤访管中断：对操作系统提出某种需求（请求I/O传输、创建进程等）时所发出的中断叫做访管中断，即用户在程序中有意识安排的中断。这是由于用户在编制程序时需要使用操作系统提供的服务，有意使用访管指令或系统调用所引起的中断，又称软中断。 * 2.1.2 中断的类型 按中断方式分类 ①强迫性中断：中断事件不是正在运行的程序所期待的这类中断称之为强迫性中断，这类中断通常是由某种事故或外部请求信号所引起的，如：硬件故障中断、外部中断、输入/输出中断等。 ②自愿中断：正在运行的程序所期待的事件引起的中断称之为自愿中断，这类中断通常是由运行程序自身请求操作系统服务而引起的，如：访管中断。 * 2.1.2 中断的类型 按中断来源分类 ①外中断：由处理机外部事件引起的中断称为外中断，又称为中断或异步中断，它是随着CPU的时钟随机产生的，可能发生在一条指令的执行过程中，也可能发生在一条指令执行之后，但只能在一条指令执行结束之后才能响应该中断。 ②内中断：由处理机内部事件引起的中断称为内中断，又称为异常或同步中断，它是由CPU控制单元产生，在一条指令执行完毕之后才会发出中断，一旦发出中断，因立即响应该中断。内中断包括访管中断、程序性中断、硬件故障中断。 * 2.1.3 中断嵌套、中断优先级和中断屏蔽 ①中断嵌套 在处理一个中断事件时，系统允许响应新的中断事件，此时，就可能出现中断嵌套的情况，即前一个中断处理程序的执行被终止，转而执行新的中断处理程序。 * 2.1.3 中断嵌套、中断优先级和中断屏蔽 ②中断优先级 系统根据中断事件的重要性和紧迫程度，将中断源划分为若干个级别，称为中断优先级，中断优先级是由硬件规定的。 当有多个中断同时发生时，系统会根据优先级的高低来决定响应中断的先后次序，即优先响应优先级别高的中断。 对相同级别的中断，则按照硬件规定的次序响应。 中断优先级的存在就保证了系统在响应中断时，不会出现低优先级的中断打断高优先级中断工作的情况。 一般情