В. Столлингс - Операционные системы, страница 4

Эти данные заносятся в системный управляющий стек. Глава 1. Обзор компьютерных систем Йротчрвммное обеспечение Контроллер устройства или другой элемент аппаратного обеспечения генерируетпрерывание Сокранениеостальной информацииосостоянии процесса Процессор сигнализирует о получении прерывания Босстановление информации О состоянии процесса Процессорзаносит слОВО состОяния и программныйсчетчик в стек управления Босс таноаление старого слова состояния программы и содержимого программного счетчика Б программный счетчик процессора загружается новоезначение, определяемоепрерыванием Рис, 1.10.

Обработка гтростого лрерьтвания Далее в программный счетчик процессора загружается адрес входа программы обработки прерываний, которая отвечает за обработку данного прерывания. В зависимости от архитектуры компьютера и устройства операционной системы может существовать как одна программа для обработки всех прерываний, так может быть и своя программа обработки для каждого устРойства и каждого типа прерываний. Если для обработки прерываний имеется несколько программ, то процессор должен определить, к какой из них следует обратиться.

Эта информация может содержаться в первоначальном сигнале прерывания; в противном случае для получения необходимой информации процессор должен по очереди опросить все устройства, чтобы опРеделить, какое из них отправило прерывание. Как толь . ко в программный счетчик загружается новое значение, процессор 'одит к следующему циклу команды, приступая к ее извлечению из памяти. сак команда извлекается из ячейки, номер которой задается содержимым 'аммного счетчика, управление переходит к программе обработки прерываИсполне нение этой программы влечет за собой следующие операции, 6.

Содержимое программного счетчика и слово состояния прерываемой программы уже хранятся в системном стеке. Однако это еще не вся информация, имеющая отношение к состоянию исполняемой программы. Например, нужно сохранить содержимое регистров процессора, так как эти регистры могут понадобиться обработчику прерываний. Поэтому необходимо сохранить всю информацию о состоянии программы.

Обычно обработчик прерываний начинает свою работу с записи в стек содержимого всех регистров. Другая информация, которая должна быть сохранена, обсуждается в главе 3, "Описание процессов и управление ими". На рис. 1.11,а показан простой пример, в котором программа пользователя прерывается после выполнения команды из ячейки № Содержимое всех регистров, а также адрес следующей команды Рг+1), в сумме составляющие М слов, заносятся в стек.

Указатель стека при этом обновляется, указывая на новую вершину стека. Обновляется и программный счетчик, указывая на начало программы обработки прерывания. 7. Теперь обработчик прерываний может начать свою работу. В процесс обработки прерывания входит проверка информации состояния, имеющая отношение к операциям ввода-вывода или другим событиям, вызвавшим прерывание. Сюда может также входить пересылка устройствам ввода-вывода дополнительных инструкций или уведомляющих сообщений. 8.

После завершения обработки прерываний из стека извлекаются сохраненные ранее значения, которые вновь заносятся в регистры, возобновляя таким образом то состояние, в котором они пребывали до прерывания (см., например, рис. 1.11,б). 9. Последний этап — восстановление из стека слова состояния программы и содержимого программного счетчика. В результате следующей будет выполняться команда прерванной программы. Из-за того что прерывание не является подпрограммой, вызываемой из программы, для полного восстановления важно сохранить всю информацию состояния прерываемой программы.

Однако прерывание может произойти в любой момент и в любом месте программы пользователя. Это событие непредсказуемо. Множественные прерывания До сих пор нами рассматривался случай возникновения одного прерывания. Представим себе ситуацию, когда может произойти несколько прерываний.

Например, программа получает данные по коммуникационной линии и сразу же Распечатывает результат. Принтер будет генерировать прерывание при каждом завершении операции печати, а контроллер коммуникационной линии — при каждом поступлении новой порции данных. Эта порция может состоять из одного символа или из целого блока, в зависимости от установленного порядка обслуживания.

В любом случае возможна ситуация, когда коммуникационное преРьтвание произойдет во время обработки прерывания принтера. Часть 1. Основные понятия 1'лава 1. Обзор компьютерных систем Обработчик прерыванияХ и, Пользовательская программа Стек управления Стек Управления т Обработчик прерывания У У Начало й а) Последовательная обработка прерываний Обработчик прерывания Х Пользовательская программа Пользовательская программа льская мма \ \ \ Ъ Обработчик прерывания У Основная память Часть 1. Основные пон а) Прерывание произошло б) Возврат после после команды по адресу гт' обработки прерывания Ри . ис.

1.11. Излтенение памятпи и регистров при обработке прерывания Б такои ситуации возможны два подхода. Первый — это запретить новые ывания до тех пор, пока обрабатывается предыдущее. Запрет прерываний оз то процессор может и должен игнорировать любой новый сигнал прерывания. зто время происходит прерывание, оно обычно остается в состоянии ожидан о него дойдет очередь, когда процессору вновь будет можно обрабатывать пре ия. Таким ким образом, если во время работы программы пользователя происх Рерывание, на друтие прерывания тут же накладывается запрет.

После заверш аботы п Рограммы обработки прерывания запрет снимается, и перед возвратом к олнению прерванной программы процессор проверяет наличие других прер го удачный и простой подход, при котором прерывания обрабатываются в оследовательном порядке (рис. 1. 12,а). б) Вложенная обработка прерываний Рис. 1.12. Передача управления при лтножественных прерывания» Однако недостатком такого подхода является то, что он не учитывает приоритет прерываний и те ситуации, в которых время является критическим паРаметром.

Например, когда по коммуникационной линии приходит какая-то 'нформация, может понадобиться быстро ее принять, чтобы освободить место для других входных данных. Если не обработать первый пакет входных данных перед получением второго пакета, данные могут потеряться вследствие загруженности и переполнения буфера устройства ввода-вывода. При втором подходе учитывается приоритет прерывания, что позволяет приостановить обработку прерывания с более низким приоритетом в пользу прерывания с 1"лава 1. Обзор компьютерных систем йольаовательокал программа бй линии коммуникации Ба принтера Часть 1.

Основные поняти.' злее высоким приоритетом (рис. 1.12,6). Кэк пример применения этого п лссмотрим систему с тремя устройствами ввода-вывода: принтером, диском и' уникационной линией, которым присвоены приоритеты в возрастающей посл .*льности — 2, 4 и б, соответственно. На рис.

1.13 показана очередность обр рерываний, поступивших от этих устройств. Программа пользователя запуска омент времени г = О. В момент к = 10 происходит прерывание принтера. Ин яя о программе пользователя заносится в системный стек, и в действие андартная программа обслуживания прерывания (1пйеггпр), эегтгже гоп$1пе— о время ее работы в момент 1 = 15 происходит коммуникационное пре нное прерывание.: ~ того что его приоритет выше, чем приоритет прерывания принт ринтера, про наступает к его обработке. 1ЯВ принтера прерывается, информация о ее состо носится в стек, а управление передается коммуникационной БВ.

Далее, пока грамма выполняется, происходит прерывание диска (в момент времени Г = тк как его приоритет ниже, коммуникационная 1ЯВ продолжает свою б ту, ает свою ра оту, . закончит ее. рис. 1.13. П илг р ер последовательности обработки множественныл прерывании ~ТАХЕ90) После выполнения 1яВ коммуникационной линии (г = 25) восстанавлива едыдущее состояние процессора, т.е. работа с 1ЯВ принтера. Однако прежде ч веет выполниться хоть одна команда этой программы, процессор приступает к ботке и Рерывания диска, которое обладает более высоким приоритетом, и упр яие пеРедается БВ диска. Только после завершения этой программы (г = 35) )новляет работу БВ принтера.

И, наконец„после завершения обработки этого :ванин управление передается программе пользователя. нО1'ОЗИдйЯНОСТЬ Бывает ч то для эффективного использования процессора одних прерыван достаточно. Обратимся, например, к рис. 1.9,6. Если время, которое требуе чя выполнения операц а ий ввода выводак ъкахакпва.м вызовами вводарагмента пользовательского д, ко а который находится между в о б ет простаи- с а ия, то большую часть времени процессор удет ть. Чтобы решить эту проблему, нужно позволить нескол ми в одно и то же время.

ользователя быть активным д мы. Одна из них, ро. о ессо нужно выполнить две программы. Предположим, процессору н шпее стройство, достаточно из памяти и выводящая их на внешнее устро с читающая данные из па. яющее сложные вычис г амма — некое приложение„выполи проста; другая программа— с и ог аммой вывода, сгенерировать колония.

Процессор ессо может начать работу с программои в затем перейти к вычислениям, требуючанду запис си на внешнее устройство, а затем пе е" 1дпмся для выполне дру ния угого приложения. тг . Если процессор работает с не- н ния зависит от сколькими про р г аммами, то с по ледовательность их выпол е от того ожидают ли они за- го и ио итета этих программ, а также от относительного приор е вана с передачей управления обра- о а-вывода. Если программа прервана с пере аершения ввода- б аботки управление не обязательно е ываний, то после завершения о ра отки ботчику прер которая выполнялась до этого.