操作系统处理器管理徐锋南京大学计算机科学与技术系.ppt
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操作系统设备管理培训教材(PPT79页).pptx
![操作系统设备管理培训教材(PPT79页).pptx](https://img.taocdn.com/s3/m/abcd053f5ef7ba0d4b733b2a.png)
(b)
Operating System
9.6 Kb/s
中断CPU 的频率降 低为 9.6Kb/8
8位缓冲寄存器
2021/1/10
送内存
4
缓冲的引入 9.6 Kb/s
(c)
8位缓冲寄存器
每 800s 中断一 次CPU
提高CPU和I/O设备之间的并行性
❖ 提高系统的吞吐量和设备的利用率
Operating System
2021/1/10
12
循环缓冲
G6
Nexti R 1
2R
类型: R:空缓冲;G:满缓冲;C:当前缓冲
Nexti R 1
G6
2R
G5
3G
4
Nextg
G
G5
3C
4 G
Nextg
current
Operating System
2021/1/10
13
循环缓冲
循环缓冲区的使用
❖ Getbuf过程
➢ 为计算进程和输入进程提供缓冲区,并移动指针
循环缓冲的组成
❖ 多个缓冲区 ➢ 用于装输入数据的空缓冲区R ➢ 已装满数据的满缓冲区G ➢ 计算进程正在使用的现行工作缓冲区C
❖ 多个指针 ➢ 指示计算进程下一可用缓冲区Nextg ➢ 指示输入进程下一可用空缓冲区Nexti ➢ 指示计算进程正在使用的缓冲区Current
Operating System
Operating System
2021/1/10
1
第五章 设备管理
I/O系统 I/O控制方式
缓冲管理
设备分配 设备处理 磁盘存储器管理
Operating System
2021/1/10
操作系统(文件管理)
![操作系统(文件管理)](https://img.taocdn.com/s3/m/6bac8bd2c1c708a1284a44d5.png)
关键字或逻 辑记录号 地址 块 块
文件目录项
记录1 记录2
记录N
…
…
块
文件系统的其他功能
文件卷的安装和使用
– 文件卷,又称文件子系统,存放文件和目录信 息,也存放文件属性、空闲区域信息。通常, 存储介质的物理单位为一个卷。(硬盘的一个 分区为一个卷) – Windows/Dos系统中,不需用户显式地进行文 Windows/Dos系统中,不需用户显式地进行文 件卷安装操作。 – UNIX/Linux系统中,每个文件卷需要安装才能 UNIX/Linux系统中,每个文件卷需要安装才能 使用。文件系统可分为基本文件系统和可装卸 地子文件系统两部分。(mount操作) 地子文件系统两部分。(mount操作)
块(物理记录)的划分、记录的排列、索引的组织、 信息的搜索
– 常见的构造物理结构的方法:
计算法,设计映射算法,如线性计算法、杂凑法将 逻辑地址(记录键)转换成对应的物理地址。 指针法,设置专门的指针,指明相应记录的物理地 址或表达各记录间的关联关系。
文件的组织与数据存储
文件的物理结构
– 几种常见的文件物理结构:
– – – – – – – 建立文件 打开文件 读/写文件 文件控制 关闭文件 撤消文件 …
文件目录
什么是文件目录?
– 是文件系统建立和维护的关于系统的所有文件的清单, 每个目录项对应一个文件的信息描述,该目录项又称 为文件控制块(FCB)。 文件控制块(FCB)。 – 目录信息也以文件的形式存放,称为目录文件。 目录信息也以文件的形式存放,称为目录文件。
顺序文件,连续存储 连接文件 非连续存储 直接文件 索引文件
文件的组织与数据存储
文件的物理结构
– 顺序文件
文件目录项
记录1 记录2
记录N
…
…
块
文件系统的其他功能
文件卷的安装和使用
– 文件卷,又称文件子系统,存放文件和目录信 息,也存放文件属性、空闲区域信息。通常, 存储介质的物理单位为一个卷。(硬盘的一个 分区为一个卷) – Windows/Dos系统中,不需用户显式地进行文 Windows/Dos系统中,不需用户显式地进行文 件卷安装操作。 – UNIX/Linux系统中,每个文件卷需要安装才能 UNIX/Linux系统中,每个文件卷需要安装才能 使用。文件系统可分为基本文件系统和可装卸 地子文件系统两部分。(mount操作) 地子文件系统两部分。(mount操作)
块(物理记录)的划分、记录的排列、索引的组织、 信息的搜索
– 常见的构造物理结构的方法:
计算法,设计映射算法,如线性计算法、杂凑法将 逻辑地址(记录键)转换成对应的物理地址。 指针法,设置专门的指针,指明相应记录的物理地 址或表达各记录间的关联关系。
文件的组织与数据存储
文件的物理结构
– 几种常见的文件物理结构:
– – – – – – – 建立文件 打开文件 读/写文件 文件控制 关闭文件 撤消文件 …
文件目录
什么是文件目录?
– 是文件系统建立和维护的关于系统的所有文件的清单, 每个目录项对应一个文件的信息描述,该目录项又称 为文件控制块(FCB)。 文件控制块(FCB)。 – 目录信息也以文件的形式存放,称为目录文件。 目录信息也以文件的形式存放,称为目录文件。
顺序文件,连续存储 连接文件 非连续存储 直接文件 索引文件
文件的组织与数据存储
文件的物理结构
– 顺序文件
操作系统 ---- 处理器管理共181页PPT
![操作系统 ---- 处理器管理共181页PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/d12759da81eb6294dd88d0d233d4b14e85243e6f.png)
拉
60、生活的道路一旦选定,就要勇敢地 走到底 ,决不 回头。 ——左
56、书不仅是生活,而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次,但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许,为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处, 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
操作系统 ---- 处理器管理
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ战鼓一响,法律无声。——英国 2、任何法律的根本;不,不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律,也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正,其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等,但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
60、生活的道路一旦选定,就要勇敢地 走到底 ,决不 回头。 ——左
56、书不仅是生活,而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次,但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许,为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处, 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
操作系统 ---- 处理器管理
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ战鼓一响,法律无声。——英国 2、任何法律的根本;不,不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律,也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正,其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等,但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
操作系统课程第3章处理机调度ppt课件
![操作系统课程第3章处理机调度ppt课件](https://img.taocdn.com/s3/m/d0865aeb970590c69ec3d5bbfd0a79563d1ed453.png)
A、后备
B、阻塞
C、执行
D、完成
2024/7/3
Page 17
为了规范事业单位聘用关系,建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ,保障 用人单 位和职 工的合 法权益
3.1处理机调度的基本概念
高级、中级和低级调度
进程调度的任务
确定算法的原则 进程调度方式 调度队列模型 选择调度方式和调度算法的若干准则
缺点:紧急任务不 能及时响应;短进 程到达要等待长进
程运行结束
2024/7/3
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为了规范事业单位聘用关系,建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ,保障 用人单 位和职 工的合 法权益
进程调度方式
抢占方式
抢占式调度主要有以下原则 ✓ 优先权原则 允许高优先权的新到进程抢 占当前进程的处理机 ✓ 短 的新作到业进(进程程抢)优占优求先当点严原前格:则的适进允实于程时时许的系间执处统要行理时机间短 ✓ 时间片原则 时缺间点片:用调完度后算停法复止执行,重 新进行调度,适杂用,于系分统时开系销统大
回该作业所占用的全部资源, 撤消与该作业相关的全部进程 和该作业的JCB。
2024/7/3
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为了规范事业单位聘用关系,建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ,保障 用人单 位和职 工的合 法权益
周转时间:从作业被提交给系统开始,到作业完成为 止高的级这、段中时级间和间低隔级。调度
2024/7/3
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作业调度
作业是用户在一次解题或一个事务处理过程 中要求计算机系统所做工作的集合,包括用 户程序、所需的数据及命令等
南京大学计算机系 1-3年级 上半学期课表
![南京大学计算机系 1-3年级 上半学期课表](https://img.taocdn.com/s3/m/0486f9abd1f34693daef3e6c.png)
人工智能(双) 仙Ⅰ -103 仙Ⅰ -104
编译原理 (一) 仙Ⅰ -202 (二) 仙Ⅰ -201
3--4 节
(一) 仙Ⅰ -103
(二) 仙Ⅰ -104
5--6 节
计算机程序设计语 言 仙Ⅰ-319
软件工程 仙Ⅰ-206
计算机网络实验
数字图像处理 逸 B-212
编译原理实习
7--8 节
9--10 节 注:本学期上课时间:自 2011 年 2 月 21 日至 2010 年 6 月 19 日(共 17 周)
五
数据通信(双)
操作系统 体育 逸 B-205 逸 B-313
1--2 节
(一)逸 B-205 计算机 组成与 系统结 构实验 (二) 计算机 组成与 系统结 构实验 (一) (二)逸 B-207 中国近代史纲要 数字信号处理 (一) 仙 Ⅱ -212 (二) 仙Ⅱ -213 仙Ⅰ-320 (一) 逸 B-205 (二) 逸 B-207
18-2
南京大学 2010-2011 学年第二学期仙林校区
计算机科学与技术系 授课计划及课程表 计算机科学与技术系 授课计划及课程表
周学时 课程名称
1、计算机程序设计语言 2、数据挖掘初步 3、数字图像处理 4、软件工程 5、编译原理 6、人工智能 7、计算机网络实验 8、 9、 10、 11、 12、
(三年级 三年级) 三年级
班号: 班号:081221 学生人数: 学生人数:165 人
合班上课 习 题 修读 人数
165 165 165 166
课程 类型
选 选 选 选 核 选 核
学 分
2 2 3 3 4.5 3 2
合 计
2 2 3 3 6 3 2
并发进程控制讲义-南京大学
![并发进程控制讲义-南京大学](https://img.taocdn.com/s3/m/ca2d5251767f5acfa1c7cd5e.png)
– 竞争关系(间接制约关系)
解决手段,进程互斥访问
– 若干个进程要访问同一共享资源时,任何时刻最多允许一 个进程访问,其他进程必须等待,直到占有资源的进程释 放该资源
– 协作关系(直接制约关系)
解决手段,进程同步
– 两个以上的进程基于某个条件来协调它们的活动。一个进 程的执行依赖于其协作进程的消息或信号,当没有得到该 消息或信号时需要等待,直到消息或信号到达时被唤醒
– 解:
R(P1) = {x, y}, R(P2) = {z}, R(P3) = {a, b}, R(P4) = {c} W(P1) = {a}, W(P2) = {b}, W(P3) = {c}, W(P4) = {w} P1和P2的上述集合满足Bernstein条件,可并发执行。
并发进程概
364
输入机 处理器 磁带机
处理器的利用率 = 52n/(78n + 52 + 20) ≈ 67%, 当n →∞
并发进程概述
并发程序设计举例二(无关进程)
– 进程A,由指令a1, a2, a3组成; – 进程B,由指令b1, b2, b3组成。 – A与B并发执行,则实际的指令执行序列?
a1 a1 b1 b1 a1 b1
– 进程的互斥关系是一种特殊的进程同步关系
并发进程概述
并发程序设计的优点:
– 对于单处理器系统,可让处理器和个I/O设备同 时工作,发挥硬件的并行能力 – 对于多处理器系统,可让各进程在不同的处理 器上并行执行,加快计算速度 – 简化程序设计任务
并发进程概述
采用并发程序设计的目的
– 充分发挥硬件的并行工作能力,提高系统效率 – 是多道程序设计的基础
并发进程概述
并发程序设计
解决手段,进程互斥访问
– 若干个进程要访问同一共享资源时,任何时刻最多允许一 个进程访问,其他进程必须等待,直到占有资源的进程释 放该资源
– 协作关系(直接制约关系)
解决手段,进程同步
– 两个以上的进程基于某个条件来协调它们的活动。一个进 程的执行依赖于其协作进程的消息或信号,当没有得到该 消息或信号时需要等待,直到消息或信号到达时被唤醒
– 解:
R(P1) = {x, y}, R(P2) = {z}, R(P3) = {a, b}, R(P4) = {c} W(P1) = {a}, W(P2) = {b}, W(P3) = {c}, W(P4) = {w} P1和P2的上述集合满足Bernstein条件,可并发执行。
并发进程概
364
输入机 处理器 磁带机
处理器的利用率 = 52n/(78n + 52 + 20) ≈ 67%, 当n →∞
并发进程概述
并发程序设计举例二(无关进程)
– 进程A,由指令a1, a2, a3组成; – 进程B,由指令b1, b2, b3组成。 – A与B并发执行,则实际的指令执行序列?
a1 a1 b1 b1 a1 b1
– 进程的互斥关系是一种特殊的进程同步关系
并发进程概述
并发程序设计的优点:
– 对于单处理器系统,可让处理器和个I/O设备同 时工作,发挥硬件的并行能力 – 对于多处理器系统,可让各进程在不同的处理 器上并行执行,加快计算速度 – 简化程序设计任务
并发进程概述
采用并发程序设计的目的
– 充分发挥硬件的并行工作能力,提高系统效率 – 是多道程序设计的基础
并发进程概述
并发程序设计
《操作系统》PPT课件 (2)
![《操作系统》PPT课件 (2)](https://img.taocdn.com/s3/m/220daa97b307e87101f696fb.png)
哈希表
页架号 页内位移
物理地址
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页架号 反向页表
63
快表的地址转换
页号 页内位移
逻辑地址
页号 页架号
页架号 页内位移 物理地址
快表
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64
提高速度 增加成本 快慢结合(关键在命中率)
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27
数据库
存储分块表 分开设置两个存储管理表:已经使用分区
表和自由分区表 自由存储块链
精选课件ppt
28
两个存储管理表
区号 大小 位置 状态 区号 大小 位置 状态
1 8K 312K 已分 1 32K 352K 空闲
2 32K 320K 已分 2
空
3
空 3 520K 504K 空闲
0 15 1 17 2 20 3 39 4 18 5 22
要求把逻辑地址转 换成物理地址
页表
精选课件ppt
58
•4101=0001000000000101B 得P=4,
d=5
P
d
•由P=4查P=18
•物理地址拼接 P
d
000100100000000101B=4805H
精选课件ppt
59
问题: 页表放在哪里,整个系统的页表空间多大 对系统的效能有何影响
尽可能利用低地址,高地址处留有 较大的空间。
精选课件ppt
37
最佳适应法
最佳适应法要求空闲区按大小递增的次序 组织空闲区表或队列。 优点:若系统中存在一个和申请区大小相 同的空闲区,则必定被选中。
若不存在这样的空闲区,选中的是 满足要求的最小空闲区。 缺点: 容易产生碎片。
精选课件ppt
38
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– 程序计数器 – 指令寄存器
机器指令
指令是指示计算机执行某些操作的命令,一台计算机的所 有指令的集合,称为指令系统,反映机器的功能和能力 指令系统可分为:
– 复杂指令系统(CISC)、精简指令系统(RISC)
指令分类
– 按功能分:
运算(算术运算、逻辑运算、移位运算) 程序控制(转移、子程序调用、返回) 数据传送(一般传送、堆栈操作、数据交换) 输入/输出指令
信号处理程 序执行结束 ,执行 sigreturn( )
断点返回
应用程序
用户空间
系统空间
中断或异常服务
信号处 理程序
当前进程因中
在返回用户态之前, 陷入
应用程序 继续执行
从内核
进程
– I/O操作正常结束 – I/O操作发生故障 – I/O操作发生异常
中断的优先级
优先级
– 同时有多个中断事件发生时,中断装置按一定 顺序对其作出响应,其先后顺序即优先级
– 优先级设定的原则
按造成计算机系统出错的严重程度划分 例,机器校验中断 》自愿性中断 》程序性中断 》 外部中断 》输入输出中断 》重启动中断
– 程序基本状态(程序计数器、条件码、状态位) – 中断码
中断技术
什么是中断? 中断源分类 中断装置 中断处理程序 中断的优先级和多重中断
什么是中断?
中断是用来向CPU报告某设备已完成某项 操作的手段,是并发程序的基础。 中断是指程序执行过程中,当发生某个事 件时,?终止CPU上现行程序的运行,引 出处理该事件的服务程序执行的过程。 中断事件处理需要硬件(中断装置)和软
– 即时处理
Linux中断处理
中断中断
快中断
快中断处理
进程正在运行
慢中断
上半部分处理 排队下半部分
自陷
系统调用处理
用户态 核心态
从系统调用返回 ret_from_sys_call
调度下半部分 do_bottom_half( )/ do_softirq( )
处理积累的信号
快中断与慢中断区别
慢中断处理前需要保存所有寄存器的值, 而快中断仅需保存会被内核使用的寄存器 的值 慢中断处理时,不关中断,快中断处理时, 关中断 慢中断处理完成后,通常不立即返回被中
具体功能:
– 捕获中断源,响应中断请求 – 保护现场 – 启动处理中断事件的中断处理程序,CPU从目
32位处理器的PC机通常的中断硬件 结构
IRQ0 时钟
键盘
tty2
INT
主中断
tty1
控制器
系
CPU
统 数
据
总
INTA
线
主中断
IRQ8实 时时钟
中断装置工作过程演示
中断源 中断装置
写
现行PSW
PSW寄存器
处理器状态
特权指令的执行限制,使处理器必须能区分当前 运行的程序是操作系统还是普通应用程序 处理器状态:
– 管理状态(特权状态、系统状态、特态、管态),能 执行所有机器指令
– 用户状态(目标状态、用户模式、常态、目态),只 能执行非特权指令
中断导致状态转换
程序状态字(PSW)
用于区别不同的处理器工作状态 每个程序都有一个与其执行相关的PSW, 而每个处理器均设置一组相关寄存器用于 存储PSW信息 PSW的主要内容
中断控制部件
控制
读
1#中断向量 内存
中断处理程序
处理中断事件的程序
具体功能:
– 保护一些未被硬件保护的现场信息
– 识别中断源,分析中断产生的原因
– 处理发生的中断事件
– 恢复正常操作
0
实现方法:
1
0#入口地址 1#入口地址
中断事件处理
中断和异常的一般处理过程 硬件故障中断 程序性中断(浮点溢出、非法指令) 输入输出中断
– 内中断(异常)
通路校验错、主存奇偶校验错、非法操作码、地址
中断与异常的区别
中断特点:
– 与现行指令无关 – 发生时间与CPU所处状态无关 – 两条指令之间才能响应中断 – 可被屏蔽 – 可嵌套
异常特点:
– 由现行指令执行而引起 – 在目态发生 – 可在一个指令周期内处理
中断装置
定义:
– 发现中断源并产生中断的硬件,通常包括逻辑 电路和中断寄存器
操作系统
(处理器管理)
Email:
主要内容
什么是处理器管理? 处理器的相关知识 中断技术 进程与线程 处理器调度 作业管理与调度
什么是处理器管理?
处理器管理是操作系统的重要组成部分, 负责管理、调度和分派计算机系统的重要 资源——处理器,并控制程序执行。 涉及两方面内容
– 处理器 – 运行的程序(进程)
Minix中断处理
类似于linux的低半处理方式
– 目的:为了缩短屏蔽中断的时间, 提高系统并发工 作的能力
– 一种任务延迟处理机制, 核心代码在关中断的核 心态完成与中断事件有关的基本处理, 另外一部 分耗时的工作留在中断处理例程之外, 在开中断 的非核心态完成。
– 这些非核心态运行的代码,在Minix中被组织成
处理器的相关知识
处理器 寄存器 机器指令 处理器状态 程序状态字(PSW, Program Status Word)
处理器
内部组成:
– 控制器 – 运算器 – 寄存器 – 中断装置 – 输入/输出电路 – 高速缓存(Cache)
寄存器
通用寄存器 数据寄存器 地址寄存器 I/O地址寄存器 I/O缓冲寄存器 控制寄存器
中断的优先级和多重中断
中断优先级的设计导致:
– 中断屏蔽
高优先级的中断响应过程中,应屏蔽低优先级的中 断 有些中断是不能被屏蔽的,如自愿访管中断
多重中断事件的处理
中断处理过程中,又产生了新的中断事件
– 串行处理
中断处理过程中关中断
– 嵌套处理
开中断,暂停当前执行的中断处理程序,转而执行 更高优先级的中断处理程序
信号机制
一种模拟硬件中断的简单通信机制(软件 中断)
– 内核向进程(进程发生异常,向其通知) – 进程向进程(进程间通信,发送某个事件)
signal, kill POSIX定义的信号类型(终端,Ctrl+C,2)
– Ctrl + Z,SIGSTOP
信号的检测与处理流程
发送信号 断点
执行信号处 理程序
中断源分类
中断源:
– 引起中断的事件
按中断事件的性质和激活的手段分:
– 强迫性中断事件
机器故障、程序性错误(异常)、外部中断、输入 输出中断事件、…
– 自愿性中断事件
中断源分类
内外的划分标准:
– 处理器和主存为内,其他硬件为外
按中断信号的来源分:
– 外中断(中断)
电源故障中断、时钟中断(外部)、控制台中断、 输入输出中断、…
机器指令
指令是指示计算机执行某些操作的命令,一台计算机的所 有指令的集合,称为指令系统,反映机器的功能和能力 指令系统可分为:
– 复杂指令系统(CISC)、精简指令系统(RISC)
指令分类
– 按功能分:
运算(算术运算、逻辑运算、移位运算) 程序控制(转移、子程序调用、返回) 数据传送(一般传送、堆栈操作、数据交换) 输入/输出指令
信号处理程 序执行结束 ,执行 sigreturn( )
断点返回
应用程序
用户空间
系统空间
中断或异常服务
信号处 理程序
当前进程因中
在返回用户态之前, 陷入
应用程序 继续执行
从内核
进程
– I/O操作正常结束 – I/O操作发生故障 – I/O操作发生异常
中断的优先级
优先级
– 同时有多个中断事件发生时,中断装置按一定 顺序对其作出响应,其先后顺序即优先级
– 优先级设定的原则
按造成计算机系统出错的严重程度划分 例,机器校验中断 》自愿性中断 》程序性中断 》 外部中断 》输入输出中断 》重启动中断
– 程序基本状态(程序计数器、条件码、状态位) – 中断码
中断技术
什么是中断? 中断源分类 中断装置 中断处理程序 中断的优先级和多重中断
什么是中断?
中断是用来向CPU报告某设备已完成某项 操作的手段,是并发程序的基础。 中断是指程序执行过程中,当发生某个事 件时,?终止CPU上现行程序的运行,引 出处理该事件的服务程序执行的过程。 中断事件处理需要硬件(中断装置)和软
– 即时处理
Linux中断处理
中断中断
快中断
快中断处理
进程正在运行
慢中断
上半部分处理 排队下半部分
自陷
系统调用处理
用户态 核心态
从系统调用返回 ret_from_sys_call
调度下半部分 do_bottom_half( )/ do_softirq( )
处理积累的信号
快中断与慢中断区别
慢中断处理前需要保存所有寄存器的值, 而快中断仅需保存会被内核使用的寄存器 的值 慢中断处理时,不关中断,快中断处理时, 关中断 慢中断处理完成后,通常不立即返回被中
具体功能:
– 捕获中断源,响应中断请求 – 保护现场 – 启动处理中断事件的中断处理程序,CPU从目
32位处理器的PC机通常的中断硬件 结构
IRQ0 时钟
键盘
tty2
INT
主中断
tty1
控制器
系
CPU
统 数
据
总
INTA
线
主中断
IRQ8实 时时钟
中断装置工作过程演示
中断源 中断装置
写
现行PSW
PSW寄存器
处理器状态
特权指令的执行限制,使处理器必须能区分当前 运行的程序是操作系统还是普通应用程序 处理器状态:
– 管理状态(特权状态、系统状态、特态、管态),能 执行所有机器指令
– 用户状态(目标状态、用户模式、常态、目态),只 能执行非特权指令
中断导致状态转换
程序状态字(PSW)
用于区别不同的处理器工作状态 每个程序都有一个与其执行相关的PSW, 而每个处理器均设置一组相关寄存器用于 存储PSW信息 PSW的主要内容
中断控制部件
控制
读
1#中断向量 内存
中断处理程序
处理中断事件的程序
具体功能:
– 保护一些未被硬件保护的现场信息
– 识别中断源,分析中断产生的原因
– 处理发生的中断事件
– 恢复正常操作
0
实现方法:
1
0#入口地址 1#入口地址
中断事件处理
中断和异常的一般处理过程 硬件故障中断 程序性中断(浮点溢出、非法指令) 输入输出中断
– 内中断(异常)
通路校验错、主存奇偶校验错、非法操作码、地址
中断与异常的区别
中断特点:
– 与现行指令无关 – 发生时间与CPU所处状态无关 – 两条指令之间才能响应中断 – 可被屏蔽 – 可嵌套
异常特点:
– 由现行指令执行而引起 – 在目态发生 – 可在一个指令周期内处理
中断装置
定义:
– 发现中断源并产生中断的硬件,通常包括逻辑 电路和中断寄存器
操作系统
(处理器管理)
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主要内容
什么是处理器管理? 处理器的相关知识 中断技术 进程与线程 处理器调度 作业管理与调度
什么是处理器管理?
处理器管理是操作系统的重要组成部分, 负责管理、调度和分派计算机系统的重要 资源——处理器,并控制程序执行。 涉及两方面内容
– 处理器 – 运行的程序(进程)
Minix中断处理
类似于linux的低半处理方式
– 目的:为了缩短屏蔽中断的时间, 提高系统并发工 作的能力
– 一种任务延迟处理机制, 核心代码在关中断的核 心态完成与中断事件有关的基本处理, 另外一部 分耗时的工作留在中断处理例程之外, 在开中断 的非核心态完成。
– 这些非核心态运行的代码,在Minix中被组织成
处理器的相关知识
处理器 寄存器 机器指令 处理器状态 程序状态字(PSW, Program Status Word)
处理器
内部组成:
– 控制器 – 运算器 – 寄存器 – 中断装置 – 输入/输出电路 – 高速缓存(Cache)
寄存器
通用寄存器 数据寄存器 地址寄存器 I/O地址寄存器 I/O缓冲寄存器 控制寄存器
中断的优先级和多重中断
中断优先级的设计导致:
– 中断屏蔽
高优先级的中断响应过程中,应屏蔽低优先级的中 断 有些中断是不能被屏蔽的,如自愿访管中断
多重中断事件的处理
中断处理过程中,又产生了新的中断事件
– 串行处理
中断处理过程中关中断
– 嵌套处理
开中断,暂停当前执行的中断处理程序,转而执行 更高优先级的中断处理程序
信号机制
一种模拟硬件中断的简单通信机制(软件 中断)
– 内核向进程(进程发生异常,向其通知) – 进程向进程(进程间通信,发送某个事件)
signal, kill POSIX定义的信号类型(终端,Ctrl+C,2)
– Ctrl + Z,SIGSTOP
信号的检测与处理流程
发送信号 断点
执行信号处 理程序
中断源分类
中断源:
– 引起中断的事件
按中断事件的性质和激活的手段分:
– 强迫性中断事件
机器故障、程序性错误(异常)、外部中断、输入 输出中断事件、…
– 自愿性中断事件
中断源分类
内外的划分标准:
– 处理器和主存为内,其他硬件为外
按中断信号的来源分:
– 外中断(中断)
电源故障中断、时钟中断(外部)、控制台中断、 输入输出中断、…