《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》本課件將帶領(lǐng)大家深入學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)中斷管理，包括中斷的定義、類型、處理流程和應(yīng)用場景等。我們將從基礎(chǔ)知識(shí)開始，逐步探索中斷處理機(jī)制的核心內(nèi)容，并講解如何實(shí)現(xiàn)高效、安全的中斷管理。課程導(dǎo)入中斷的意義中斷機(jī)制是現(xiàn)代操作系統(tǒng)不可或缺的核心機(jī)制之一，它可以讓操作系統(tǒng)及時(shí)響應(yīng)來自硬件和軟件的事件，并進(jìn)行相應(yīng)的處理。學(xué)習(xí)目標(biāo)本課程旨在幫助大家深入理解中斷機(jī)制，掌握中斷處理流程，并能夠應(yīng)用中斷機(jī)制解決實(shí)際問題。什么是中斷?中斷是指系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，由于某個(gè)事件的發(fā)生而導(dǎo)致程序的正常流程被暫時(shí)打斷，轉(zhuǎn)而執(zhí)行相應(yīng)的處理程序。中斷的發(fā)生原因硬件中斷來自硬件設(shè)備的事件，例如鍵盤輸入、磁盤讀寫完成、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)到達(dá)等。軟件中斷來自軟件的事件，例如系統(tǒng)調(diào)用、異常處理等。中斷處理的基本流程1中斷發(fā)生2中斷處理程序被調(diào)用3中斷處理完成，返回原程序中斷類型和優(yōu)先級(jí)中斷類型中斷可以分為硬件中斷、軟件中斷、異常中斷等。中斷優(yōu)先級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)用于解決多個(gè)中斷同時(shí)發(fā)生時(shí)，如何選擇優(yōu)先處理哪個(gè)中斷的問題。中斷向量表中斷向量表是一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存儲(chǔ)每個(gè)中斷類型對應(yīng)的中斷處理程序的地址，以便操作系統(tǒng)能夠快速找到相應(yīng)的處理程序。中斷控制器中斷控制器負(fù)責(zé)接收來自硬件設(shè)備的中斷請求，并將其傳遞給處理器，以觸發(fā)中斷處理程序。8259A可編程中斷控制器8259A是一種常用的可編程中斷控制器，廣泛應(yīng)用于PC機(jī)和其他嵌入式系統(tǒng)。8259A的結(jié)構(gòu)及工作原理中斷請求寄存器接收來自外設(shè)的中斷請求信號(hào)。中斷優(yōu)先級(jí)寄存器控制中斷的優(yōu)先級(jí)。中斷掩碼寄存器控制中斷的屏蔽。8259A的初始化在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，需要對8259A進(jìn)行初始化，設(shè)置其工作模式、中斷優(yōu)先級(jí)和中斷屏蔽等參數(shù)。8259A的中斷響應(yīng)過程外設(shè)發(fā)送中斷請求8259A接收中斷請求8259A向CPU發(fā)送中斷信號(hào)CPU響應(yīng)中斷請求中斷屏蔽和中斷控制中斷屏蔽是指禁止某個(gè)中斷的響應(yīng)，而中斷控制則可以對中斷進(jìn)行更細(xì)粒度的控制，例如修改中斷優(yōu)先級(jí)、中斷類型等。嵌套中斷處理在處理某個(gè)中斷時(shí)，可能發(fā)生另一個(gè)中斷，稱為嵌套中斷。操作系統(tǒng)需要確保嵌套中斷的正確處理。中斷延遲中斷延遲是指從中斷發(fā)生到中斷處理程序開始執(zhí)行的時(shí)間間隔，它會(huì)影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。時(shí)鐘中斷時(shí)鐘中斷是系統(tǒng)中一種重要的中斷類型，它由定時(shí)器產(chǎn)生，用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)定時(shí)、進(jìn)程調(diào)度等功能。時(shí)鐘中斷處理時(shí)鐘中斷處理程序負(fù)責(zé)更新系統(tǒng)時(shí)間，執(zhí)行進(jìn)程調(diào)度，以及進(jìn)行其他與時(shí)間相關(guān)的操作。外設(shè)中斷外設(shè)中斷是指來自外設(shè)的事件，例如鍵盤按鍵、鼠標(biāo)移動(dòng)、磁盤讀寫完成等。DMA中斷DMA（直接內(nèi)存訪問）中斷是指在數(shù)據(jù)傳輸過程中，由DMA控制器產(chǎn)生，用于通知CPU數(shù)據(jù)傳輸已完成。硬件中斷與軟件中斷硬件中斷由硬件設(shè)備觸發(fā)，例如鍵盤輸入、磁盤讀寫完成等。軟件中斷由軟件指令觸發(fā)，例如系統(tǒng)調(diào)用、異常處理等。系統(tǒng)調(diào)用中斷系統(tǒng)調(diào)用是指應(yīng)用程序通過中斷機(jī)制，請求操作系統(tǒng)提供服務(wù)。異常中斷異常中斷是指系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，遇到異常情況，例如除零錯(cuò)誤、內(nèi)存訪問錯(cuò)誤等。中斷處理程序的設(shè)計(jì)中斷處理程序的設(shè)計(jì)需要考慮中斷處理的效率、安全性、可靠性等因素。中斷處理程序的編寫中斷處理程序的編寫需要遵循一定的規(guī)范，例如使用匯編語言編寫，并與操作系統(tǒng)內(nèi)核代碼進(jìn)行協(xié)調(diào)。中斷服務(wù)例程中斷服務(wù)例程是中斷處理程序的一部分，它負(fù)責(zé)處理具體的中斷事件。中斷相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)使用一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來管理中斷，例如中斷向量表、中斷描述符表等。中斷向量表的初始化在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，需要初始化中斷向量表，將每個(gè)中斷類型對應(yīng)的處理程序地址填入表中。多處理器中的中斷管理在多處理器系統(tǒng)中，需要考慮中斷的同步和互斥問題，以確保中斷處理的正確性和安全性?？偨Y(jié)與展望