操作系统-中断和异常

中断和异常


中断机制的诞生

​ 早期的计算机中,个程序只能串行执行,系统的资源利用率很低。为了解决这个问题,人们发明了操作系统(作为计算机的管理者),引入中断机制,实现了多道程序并发执行。

本质:发生中断就意味着需要操作系统介入,开展管理工作

中断的概念和作用

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

发生了中断,就意味着需要操作系统介入,开展管理工作。由于操作系统的管理工作(比如进程切换、分配I/O设备等)需要使用特权指令,因此CPU要从用户态转为核心态。中断可以使CPU从用户态切换为核心态,使操作系统获得计算机的控制权。有了中断,才能实现多道程序并发执行。

“用户态=>核心态”是通过中断实现的,并且中断是唯一途径。

“核心态=>用户态”的切换是通过执行一个特权指令,将程序状态字(PSW)的标志位设置为“用户态”

中断的分类

  • 内中断(也称为“异常”)

    ​ 信号的来源:CPU内部与当前执行的指令有关。

    • 资源中断--指令中断

      ​ 如:系统调用时使用的访管指令(又叫陷入指令、trap指令)

    • 强迫中断

      • 硬件故障

        ​ 如:缺页。

      • 软件中断

        ​ 如:整数除0。

  • 外中断

    ​ 信号的来源:CPU外部与当前执行的指令无关。

    • 外设请求

      ​ 如:I/O操作完成发出的中断信号。

    • 人工干预

      ​ 如:用户强制终止一个进程。

外中断的处理过程

​ 可分为四步。

  1. 执行完每个指令之后,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PC、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. 恢复原进程的CPU环境并退出中断,返回原进程继续往下执行。
posted @ 2020-09-05 16:24  闻风听雨  阅读(382)  评论(0编辑  收藏  举报