《操作系統(tǒng)中的中斷管理》課件2

操作系統(tǒng)中的中斷管理中斷管理是操作系統(tǒng)的重要組成部分，它負(fù)責(zé)處理來自硬件和軟件的各種中斷請(qǐng)求，并確保系統(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng)事件，高效地運(yùn)行。什么是中斷定義中斷是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，由于內(nèi)部或外部事件發(fā)生，而使CPU暫時(shí)停止正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)而執(zhí)行一個(gè)特定的處理程序（中斷處理程序）的過程。目的中斷機(jī)制的目的是為了使系統(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng)各種事件，例如鍵盤輸入、鼠標(biāo)點(diǎn)擊、磁盤讀寫完成等等。中斷的特點(diǎn)1異步性中斷事件的發(fā)生是不可預(yù)知的，與CPU的執(zhí)行流程無關(guān)。2及時(shí)性中斷處理程序必須在中斷發(fā)生后盡快執(zhí)行，以保證系統(tǒng)的及時(shí)響應(yīng)。3靈活性中斷機(jī)制可以靈活地處理各種事件，例如鍵盤輸入、鼠標(biāo)點(diǎn)擊、磁盤讀寫完成等等。中斷的分類硬件中斷由硬件設(shè)備產(chǎn)生的中斷，例如鍵盤按下、鼠標(biāo)點(diǎn)擊、磁盤讀寫完成等等。軟件中斷由軟件程序產(chǎn)生的中斷，例如程序執(zhí)行異常、系統(tǒng)調(diào)用等等。硬件中斷鍵盤中斷用戶按下鍵盤上的按鍵時(shí)產(chǎn)生。鼠標(biāo)中斷用戶移動(dòng)或點(diǎn)擊鼠標(biāo)時(shí)產(chǎn)生。磁盤中斷磁盤讀寫操作完成后產(chǎn)生。軟件中斷1系統(tǒng)調(diào)用用戶程序需要使用操作系統(tǒng)提供的服務(wù)時(shí)，通過系統(tǒng)調(diào)用產(chǎn)生中斷。2程序異常程序執(zhí)行過程中發(fā)生異常，例如除零錯(cuò)誤、內(nèi)存訪問越界等等。3時(shí)鐘中斷系統(tǒng)定時(shí)器周期性產(chǎn)生中斷，用于實(shí)現(xiàn)時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度。中斷請(qǐng)求過程中斷請(qǐng)求硬件或軟件發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)。中斷控制器中斷控制器接收中斷請(qǐng)求，并將其傳遞給CPU。CPU響應(yīng)CPU收到中斷請(qǐng)求后，停止當(dāng)前程序的執(zhí)行，保存上下文信息，并跳轉(zhuǎn)到中斷處理程序。中斷向量表1中斷向量表一個(gè)包含各個(gè)中斷處理程序地址的表格。2中斷號(hào)每個(gè)中斷請(qǐng)求對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的編號(hào)。3中斷處理程序地址每個(gè)中斷號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)中斷處理程序的地址。中斷處理程序1中斷處理程序?qū)ｉT用來處理特定中斷請(qǐng)求的程序。2保存現(xiàn)場(chǎng)保存CPU當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，以便中斷結(jié)束后恢復(fù)。3處理中斷執(zhí)行中斷處理程序的邏輯，完成相應(yīng)的操作。4恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)CPU的運(yùn)行狀態(tài)，并返回到中斷前的程序。中斷屏蔽1屏蔽暫時(shí)阻止特定中斷的發(fā)生。2目的避免中斷處理程序被其他中斷打斷，保證處理程序的完整性。中斷優(yōu)先級(jí)優(yōu)先級(jí)為不同的中斷請(qǐng)求設(shè)置優(yōu)先級(jí)，以便在多個(gè)中斷同時(shí)發(fā)生時(shí)，優(yōu)先處理更重要的中斷。中斷響應(yīng)過程中斷嵌套定義一個(gè)中斷處理程序正在執(zhí)行時(shí)，另一個(gè)更高優(yōu)先級(jí)的中斷發(fā)生，導(dǎo)致新的中斷處理程序被調(diào)用。特點(diǎn)中斷處理程序的嵌套執(zhí)行，需要保證處理程序的完整性，并及時(shí)響應(yīng)更高優(yōu)先級(jí)的中斷。中斷處理流程1中斷發(fā)生硬件或軟件產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。2中斷處理CPU響應(yīng)中斷請(qǐng)求，執(zhí)行中斷處理程序。3中斷恢復(fù)中斷處理程序完成后，恢復(fù)CPU的運(yùn)行狀態(tài)，并返回到中斷前的程序。中斷延遲定義從中斷發(fā)生到CPU開始執(zhí)行中斷處理程序的時(shí)間間隔。影響因素CPU的運(yùn)行狀態(tài)、中斷處理程序的復(fù)雜程度等等。中斷服務(wù)時(shí)間定義CPU執(zhí)行中斷處理程序所花費(fèi)的時(shí)間。影響因素中斷處理程序的復(fù)雜程度、中斷處理所需的操作等等。中斷潛在問題中斷風(fēng)暴大量的中斷請(qǐng)求同時(shí)發(fā)生，導(dǎo)致系統(tǒng)無法及時(shí)處理。中斷沖突多個(gè)中斷請(qǐng)求同時(shí)發(fā)生，導(dǎo)致系統(tǒng)無法確定哪個(gè)中斷應(yīng)該優(yōu)先處理。死鎖中斷處理程序之間相互等待，導(dǎo)致系統(tǒng)無法繼續(xù)運(yùn)行。中斷處理效率1中斷延遲越小越好，保證系統(tǒng)及時(shí)響應(yīng)。2中斷服務(wù)時(shí)間越短越好，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。中斷服務(wù)質(zhì)量可靠性中斷處理程序必須能夠可靠地處理各種中斷請(qǐng)求。及時(shí)性中斷處理程序必須能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成處理。安全性中斷處理程序必須保證系統(tǒng)安全，避免出現(xiàn)錯(cuò)誤或漏洞。實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的中斷1實(shí)時(shí)性要求實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)中斷處理的及時(shí)性要求非常高。2中斷處理機(jī)制實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)通常采用特殊的機(jī)制來保證中斷處理的及時(shí)性。中斷驅(qū)動(dòng)I/O定義通過中斷機(jī)制來控制I/O設(shè)備的讀寫操作。特點(diǎn)中斷驅(qū)動(dòng)I/O能夠有效地提高系統(tǒng)性能，但需要額外的中斷處理時(shí)間。DMA與中斷DMA直接內(nèi)存訪問，允許設(shè)備直接訪問內(nèi)存，減少CPU負(fù)擔(dān)。中斷用于通知CPUDMA操作已完成，或發(fā)生錯(cuò)誤。中斷緩沖區(qū)1定義用于存儲(chǔ)中斷處理程序所需的臨時(shí)數(shù)據(jù)的內(nèi)存區(qū)域。2目的避免中斷處理程序直接訪問設(shè)備或內(nèi)存，減少中斷處理時(shí)間。中斷源控制1中斷源控制對(duì)中斷源進(jìn)行管理，例如啟用、禁用、設(shè)置優(yōu)先級(jí)等等。2目的保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，避免中斷處理程序的沖突和錯(cuò)誤。中斷分發(fā)機(jī)制1中斷分發(fā)機(jī)制用于將中斷請(qǐng)求分發(fā)到相應(yīng)的處理程序。2中斷向量表存儲(chǔ)中斷處理程序的地址，用于快速找到相應(yīng)的處理程序。中斷控制器中斷控制器負(fù)責(zé)接收中斷請(qǐng)求，并將其分發(fā)給CPU。中斷源識(shí)別中斷源識(shí)別中斷控制器需要識(shí)別中斷請(qǐng)求的來源，以便找到相應(yīng)的處理程序。中斷號(hào)每個(gè)中斷源對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的編號(hào)，用于識(shí)別中斷源。中斷響應(yīng)時(shí)間定義從中斷發(fā)生到CPU開始執(zhí)行中斷處理程序的時(shí)間間隔。優(yōu)化目標(biāo)減少中斷響應(yīng)時(shí)間，提高系統(tǒng)及時(shí)性。中斷管理優(yōu)化1中斷屏蔽暫時(shí)阻止不必要的中斷，提高處理效率。2中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)，保證重要中斷優(yōu)先處理。3中斷緩沖區(qū)使用中斷緩沖區(qū)，減少中斷處理時(shí)間。中斷管理總結(jié)重要性中斷管理是操作系統(tǒng)的重要組成部分，確保系統(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng)事件。挑戰(zhàn)中斷管理需要平衡及時(shí)性、效率和安全性。未來發(fā)展隨著硬件和軟件技術(shù)的不斷發(fā)展，中斷管理