6操作系统的中断和异常

操作系统中断和异常

目录

一、中断机制的诞生
二、中断的概念和作用
三、中断的分类
四、外中断的处理过程

一、中断机制的诞生

1、中断引入

• 早期计算机执行程序都是单道串行方式执行（一道程序完成再调入下一道程序），I/O等待时间较长导致资源利用率极低，因此操作系统诞生

• 操作系统作为计算机系统资源的管理者，引入中断机制，实现多道程序并发之心，大大提高了效率

2、中断的本质： 发生中断就意味着需要操作系统介入，开展管理工作

• CPU接收到记时部件（时间片）发出的中断信号，切换到核心态下对中断进行处理
• 发出系统调用（内中断信号）请求输入输出，CPU切换为核心态对中断进行处理

二、中断的概念和作用

1、中断：

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

2、概念和作用

• 因为一旦发生中断，就需要操作系统介入开展管理工作
• 操作系统开展管理工作（进程切换，I/O设备 的请求和释放等）需要 特权指令，运行在核心态
• 中断可以 让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

3、用户态和核心态之间切换的实现

• 用户态到核心态是通过中断实现的，并且中断时唯一途径
• 核心态到用户态是通过执行一个特权指令，将状态字寄存器PSW的标识位设置为用户态

三、中断的分类

1、内中断（异常、例外、陷入）： 信号来源：CPU内部，与当前执行的指令有关

1. 自愿中断：指令中断（系统调用的trap指令）
2. 强迫中断：硬件故障（缺页）、软件中断（整数除0）

2、外中断（中断）： 信号了来源：CPU外部，与当前执行的命令无关

1. 外设请求：I/O操作完成发出的中断信号
2. 人工干预：用户 强行终止一个进程

四、外中断的处理过程

1、过程：

• 步骤一：执行完每条指令后，CPU要检测当前是否存在中断信号
• 步骤二：如果检测到中断信号，则需要保护被暂停进程的CPU环境（如PSW、PC和各种通用寄存器）
• 步骤三：根据中断信号类型转入相应的中断处理
• 恢复原进程的CPU环境并退出中断，返回原进程并继续往下执行

2、总体知识图：