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
- 当中断发生时,CPU立即进入核心态;
- 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;
- 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
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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。
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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)
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强迫中断
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硬件故障
如:缺页。
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软件中断
如:整数除0。
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外中断
信号的来源:CPU外部与当前执行的指令无关。
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外设请求
如:I/O操作完成发出的中断信号。
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人工干预
如:用户强制终止一个进程。
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外中断的处理过程
可分为四步。
- 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;
- 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);
- 根据中断信号类型转入相应的中断处理程序;
- 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。