SMP结构中的中断机制和进程调度.ppt
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操作系统课件 第三章 中断与处理机调度s
…
PCn: 访管中断 处理程序
0090
PSWn, PCn
访管中断向量
系统空间
注意: (1) 每类中断事件有一个中断向量. 类 (2) 中断向量的存放位置是由硬件 硬件规定的. 硬件 (3) 中断向量的内容是OS在系统初始化时 在系统初始化时 设置的. 设置
3.1.2.3 中断嵌套与系统栈 3 中断嵌套: 中断嵌套:系统在处理一个中断事件的过程 中又响应了新的中断,则称发生了中断嵌套 中断嵌套. 中断嵌套 理论上,中断嵌套的层数没有限制;实际上, 在中断事件的处理过程中,一般只容许更紧迫的 (优先级更高的)中断事件打断它,而硬件中断优 先级的个数有限,因此,中断嵌套的实际层数 中断嵌套的实际层数一 中断嵌套的实际层数 般不会超过中断优先级的个数.
3.2.1.2 短作业优先算法(SJF)
SJF算法的基本思想: 按CPU阵发时间由小到大的次序调度. 例如, Process Burst time P1 12 P2 5 P3 7 P4 3
Gant chart:
P4 0 3 P2 8 P3 15 P1 27
平均等待时间为: (0+3+8+15)/4=6.5(ms) SJF算法的优点:所有任务同时到达时,其平均周 转(等待)时间最短,从而最大限度地降低了 平均等待时间. SJF算法的缺点:具有不公平性.一个较长的就绪 任务可能由于短任务的不停到达而长期得不 到运行机会,甚至被饿死.
中断嵌套的一般情形如图所示:
PSW1, PC1 …
PSWn, PCn …
… …
中断返回
… … 管态
目态
管态
3.1.3 中断处理程序
中断装置响应中断后,通过中断向量转入中 断处理程序.中断处理程序需根据中断码进一步 分析中断源,再进行相应的处理,最后根据情况决 定是否需要切换进程. 中断处理 处理的整个过程如下图所示: 处理
第05讲进程调度PPT课件
2. 当一个进程运行完毕时； 3. 当一个进程由于I/O、信号量或其他的某个原
因被阻塞时； 4. 当一个I/O中断发生时，表明某个I/O操作已经
完成，而等待该I/O操作的进程转入就绪状态； 5. 在分时系统中，当一个时钟中断发生时。
11
两种调度方式
不可抢占调度方式：一个进程若被选中，就 一直运行下去，直到它被阻塞（I/O，或正在 等待其他的进程），或主动地交出CPU。以 上的情形1－3均可发生调度；
CPU
I/O
作业A
作业B
作业A 作业B
t0
t1 t2 t3 t4
时间
20
2. 短作业优先
短作业优先（Shortest Job First，SJF），设计 目标是改进FCFS算法，减少平均周转时间；
SJF算法要求作业在开始执行时预计执行时间， 对预计执行时间短的作业优先分派处理器；
两种实现方案：
• I/O设备的运行速度较慢，CPU的运行速度较 快，而且更新换代的速度快，将来进程都趋向 于I/O繁忙。
9
CPU繁忙还是I/O繁忙？（续）
• VCD播放软件； • WORD文字编辑器； • 磁盘碎片整理工具defrag。
10
3. 何时调度？
1. 当一个新的进程被创建时，是执行新进程还 是继续执行父进程？
如何知道作业的运行时间？
该时间只可能是一个估计值； 让提交该作业的用户来提供。不太实用； 使用前面的CPU运行时间来预测后面的CPU运
行时间，通过过去的行为来预测将来的行为。 如果一个作业已经运行很长时间了，那它可能
还会运行更长的时间； 使用指数平均值函数来预测下一段CPU时间;
25
指数平均值函数方法
8
因被阻塞时； 4. 当一个I/O中断发生时，表明某个I/O操作已经
完成，而等待该I/O操作的进程转入就绪状态； 5. 在分时系统中，当一个时钟中断发生时。
11
两种调度方式
不可抢占调度方式：一个进程若被选中，就 一直运行下去，直到它被阻塞（I/O，或正在 等待其他的进程），或主动地交出CPU。以 上的情形1－3均可发生调度；
CPU
I/O
作业A
作业B
作业A 作业B
t0
t1 t2 t3 t4
时间
20
2. 短作业优先
短作业优先（Shortest Job First，SJF），设计 目标是改进FCFS算法，减少平均周转时间；
SJF算法要求作业在开始执行时预计执行时间， 对预计执行时间短的作业优先分派处理器；
两种实现方案：
• I/O设备的运行速度较慢，CPU的运行速度较 快，而且更新换代的速度快，将来进程都趋向 于I/O繁忙。
9
CPU繁忙还是I/O繁忙？（续）
• VCD播放软件； • WORD文字编辑器； • 磁盘碎片整理工具defrag。
10
3. 何时调度？
1. 当一个新的进程被创建时，是执行新进程还 是继续执行父进程？
如何知道作业的运行时间？
该时间只可能是一个估计值； 让提交该作业的用户来提供。不太实用； 使用前面的CPU运行时间来预测后面的CPU运
行时间，通过过去的行为来预测将来的行为。 如果一个作业已经运行很长时间了，那它可能
还会运行更长的时间； 使用指数平均值函数来预测下一段CPU时间;
25
指数平均值函数方法
8
SMP结构中的中断机制和进程调度.ppt
具体中断处理程序
smp_reschedule_interrupt()
asmlinkage void smp_reschedule_interrupt(void)
{
ack_APIC_irq();
//发送中断请求确认
}
extern inline void ack_APIC_irq(void) {
apic_write_around(APIC_EOI, 0); /*向本地APIC的控制 寄存器写入0,表示已经收到了中断请求*/
int wait;
};
static struct call_data_struct * call_data;
具体中断处理程序
smp_call_function_interrupt()
asmlinkage void smp_call_function_interrupt(void) {
Linux源代码阅读
SMP结构中的中断机制和进程调度
张飞
概要
SMP结构中的中断机制
分布式中断处理 中断初始化 处理器间中断IPI
SMP结构中的进程调度
分布式中断处理
APIC简介 SMP结构中的中断控制硬件机构 全局APIC 本地APIC
高级可编程中断控制器APIC
为了充分利用smp体系结构的并行性,要求动态分配中断请求,也 就是说可以向任意cpu发出中断请求.
)
中断响应程序的建立
至此,结合前面说的中断门的初始化,smp专有的主要 中断向量及其响应机制建立起来:
当发生RESCHEDULE_VECTOR中断时,响应程序的入口是 reschedule_interrupt(),实际负责中断处理程序的函数为 smp_reschedule_interrupt().
02-中断处理过程课件
单片机的中断系统 -中断处理过程
51单片机中断系统结构
中断处理过程
中
断中
源
断 请
求
执 行 主 程 序
响应中断请求
执
行
中
中
中
中
中
断
断
断
断
断点
断
继 续 执
中断返回
服 务 程
请
响
求
应
服 务
返 回
行
序
主
程
序
中断请求
中
断中
源
断 请
求
断点
继 续 执 行 主 程 序
执 行 主 程
响应中断请求
执
序
行
中
断
中断返回
CPU响应中断后的操作
中
断中
源
断 请
求
断点
继 续 执 行 主 程 序
执 行 主 程
响应中断请求
执
序
行
中
断
中断返回
服 务 程
序
▼中断优先级硬件查询， “优先级生效触发 器“置1，对同级或低级中断请求不予响应； ▼保护断点，即将PC内容压入堆栈保存； ▼硬件清除中断请求标志位，防止再次中断；
中断请求标志 IE0 TF0 IE1 TF1 TI RI
断中
源
断 请
求
执 行 主 程
响应中断请求
执
▼中断优先级硬件查询， “优先级生效触 发器“置1，对同级或低级中断请求不予响
序
行
中 应；
断点
断
继 续 执
中断返回
服 ▼保护断点，即将PC内容压入堆栈保存；
务
程 ▼硬件清除中断请求标志位，防止再次中断；
51单片机中断系统结构
中断处理过程
中
断中
源
断 请
求
执 行 主 程 序
响应中断请求
执
行
中
中
中
中
中
断
断
断
断
断点
断
继 续 执
中断返回
服 务 程
请
响
求
应
服 务
返 回
行
序
主
程
序
中断请求
中
断中
源
断 请
求
断点
继 续 执 行 主 程 序
执 行 主 程
响应中断请求
执
序
行
中
断
中断返回
CPU响应中断后的操作
中
断中
源
断 请
求
断点
继 续 执 行 主 程 序
执 行 主 程
响应中断请求
执
序
行
中
断
中断返回
服 务 程
序
▼中断优先级硬件查询， “优先级生效触发 器“置1，对同级或低级中断请求不予响应； ▼保护断点，即将PC内容压入堆栈保存； ▼硬件清除中断请求标志位，防止再次中断；
中断请求标志 IE0 TF0 IE1 TF1 TI RI
断中
源
断 请
求
执 行 主 程
响应中断请求
执
▼中断优先级硬件查询， “优先级生效触 发器“置1，对同级或低级中断请求不予响
序
行
中 应；
断点
断
继 续 执
中断返回
服 ▼保护断点，即将PC内容压入堆栈保存；
务
程 ▼硬件清除中断请求标志位，防止再次中断；
操作系统原理课程03中断与处理机调度_2
可以证明：对EDF来说，可调度充分条件是：
在不可调度的条件下，可使错过截止期任务最小 化
3.4.1 最早截止期调度
17
例如：表3-1所示，按最早截止期、可抢先 原则调度的结果如图3-17所示.
10/20 + 25/50 = 1, 可调度(不考虑开销)
例子: Completion deadline scheduling 18
31
调度发生在如下时刻：
运行进程的Counter减到0，运行进程执行 exit系统调用
运行进程被阻塞 具有高goodness进程被解封锁 实时优先分时、交互和IO进程优先CPU进程
Linux2.1支持对称多处理机
32
3.6.2 Windows 2000/XP线程调度
Windows核心以线程作为调度的基本单位 调度算法为可剥夺动态优先级，结合了时
提出于1973年
面向周期性实时事务，非剥夺式 优先调度发生周期最短（频度最高）的实时任务
可调度条件：
RMS的上限值
n
1
1.0
2
0.828
3
0.779
4
0.756
5
0.743
6
0.734
┇
┇
ln20.693
20
RMS vs. EDF 1) RMS可调度条件强于
EDF 2) RMS调度较EDF实现简
priority=20-value.
counter
进程尚可运行的剩余时间
3.6.1 Linux 进程调度
30
counter
对运行进程，每个时钟间隔(10ms，称为一个瞬间)， 将counter减1
在不可调度的条件下，可使错过截止期任务最小 化
3.4.1 最早截止期调度
17
例如：表3-1所示，按最早截止期、可抢先 原则调度的结果如图3-17所示.
10/20 + 25/50 = 1, 可调度(不考虑开销)
例子: Completion deadline scheduling 18
31
调度发生在如下时刻：
运行进程的Counter减到0，运行进程执行 exit系统调用
运行进程被阻塞 具有高goodness进程被解封锁 实时优先分时、交互和IO进程优先CPU进程
Linux2.1支持对称多处理机
32
3.6.2 Windows 2000/XP线程调度
Windows核心以线程作为调度的基本单位 调度算法为可剥夺动态优先级，结合了时
提出于1973年
面向周期性实时事务，非剥夺式 优先调度发生周期最短（频度最高）的实时任务
可调度条件：
RMS的上限值
n
1
1.0
2
0.828
3
0.779
4
0.756
5
0.743
6
0.734
┇
┇
ln20.693
20
RMS vs. EDF 1) RMS可调度条件强于
EDF 2) RMS调度较EDF实现简
priority=20-value.
counter
进程尚可运行的剩余时间
3.6.1 Linux 进程调度
30
counter
对运行进程，每个时钟间隔(10ms，称为一个瞬间)， 将counter减1
第3章 中断与处理机调度
• 中断的实现需要硬件和软件的合作,硬件部分称作 中断装置,软件部分称作中断处理程序。中断装置 和中断处理程序统称为中断系统。
图：计算机的基本硬件元素
图：指令的执行周期
图：中断处理时的指令执行周期
3.2 中断装置
中断装置是用于发现并响应中断的硬件机构 发现并响应中断的硬件机构
识别中断源，当有多个中断源时，按紧迫程度排队； 保存现场； 引出中断处理程序。
同。
有些系统中：仅采用一级调度； 另一些系统：可能采用两级或三级调度。 在执行调度时所采用的调度算法也可能不同。
一、高级调度（1）
一个作业从提交开始，往往要经历三级调
度：高级调度、低级调度、中级调度。
二、高级调度（2）
高级调度（长程/作业/宏观调度）
（1）用于决定把外存上处于后备队列中的哪些作
业调入内存，并为它们创建进程、分配必要的
前正执行的进程高。
调度方式--非抢占式进程调度、抢占式进程调度
非抢占方式：一旦把处理机分配给某进程后，便让该进
程一直执行，直到该进程完成或因某事件而被阻塞，才
再把处理机分配给其它进程，决不允许某进程抢占已分 配出去的处理机。 实现简单，系统开销小，常用于批处理系统；但不利 于处理紧急任务，故实时、分时系统不宜采用。
自愿性中断：自愿性中断是正在运行程序所期 待的，它们通常由于正运行程序执行访管指令 而引起，目的是要求系统为其提供某种服务
访管指令
与文件有关的系统调用:如建立文件、撤消文件、
打开文件、关闭文件、读写文件、文件指针定位等 与进程有关的系统调用:如创建进程、撤消进程、 创建线程、监督进程运行状况等 与通信有关的系统调用:如发送消息、接收消息等 与同步有关的系统调用:如P操作、V操作等
第四章--调度PPT课件
时间片是一个小的时间单位，通常为10～100 ms数 量级。
系统在给定的时间内能响应所有用户的请求。
例子
四个进程A,B,C,D依次进入就绪队列（同时到达），4个 进程分别需要12、5、3和6个时间单位，图4－9是时间 片q＝1和q＝4时运行情况
图4-9 轮转法q=1和q=4时进程运行情况
表4-5 RR调度算法的性能指标
42
4.5.6 多级队列法（Solaris 2）
多级队列（Multilevel Queue）调度算法把就绪队列划 分成几个单独的队列，根据进程的某些特性，如占用内存 大小、进程优先级和进程类型，永久性地把各个进程分别 链入不同的队列中，每个队列都有自己的调度算法。
图4-11 多级队列调度
4.5.7 多级反馈队列法 MFQ
第4章 调 度
1
操作系统中离不开调度。所谓调度，就是选出 待分派的作业或进程。
多道系统中，处理机调度决定了吞吐量、周转 时间、响应时间等运行性能。处理机调度是操 作系统设计的中心问题之一。
处理机调度分为作业调度（高级调度）、进程 挂起与对换（中级调度）和进程调度（低级调 度）三级。
2
主要内容
15
4.3 进程调度
进程调度也叫低级调度 进程调度程序也叫低级调度程序，它完
成进程从就绪状态到运行状态的转换。 将一台物理CPU虚拟成多台CPU
16
4.3.1 进程调度的功能
（1）保存现场
进程放弃CPU时，进程调度程序需将现场信 息保存到PCB中
（2）挑选进程 （3）恢复现场
为选中的进程恢复现场信息，把CPU控制权 交给该进程。
例如，考虑表4-2给出的 一组作业（它们同时提交 到系统）。
表4-2 一组作业列表
系统在给定的时间内能响应所有用户的请求。
例子
四个进程A,B,C,D依次进入就绪队列（同时到达），4个 进程分别需要12、5、3和6个时间单位，图4－9是时间 片q＝1和q＝4时运行情况
图4-9 轮转法q=1和q=4时进程运行情况
表4-5 RR调度算法的性能指标
42
4.5.6 多级队列法（Solaris 2）
多级队列（Multilevel Queue）调度算法把就绪队列划 分成几个单独的队列，根据进程的某些特性，如占用内存 大小、进程优先级和进程类型，永久性地把各个进程分别 链入不同的队列中，每个队列都有自己的调度算法。
图4-11 多级队列调度
4.5.7 多级反馈队列法 MFQ
第4章 调 度
1
操作系统中离不开调度。所谓调度，就是选出 待分派的作业或进程。
多道系统中，处理机调度决定了吞吐量、周转 时间、响应时间等运行性能。处理机调度是操 作系统设计的中心问题之一。
处理机调度分为作业调度（高级调度）、进程 挂起与对换（中级调度）和进程调度（低级调 度）三级。
2
主要内容
15
4.3 进程调度
进程调度也叫低级调度 进程调度程序也叫低级调度程序，它完
成进程从就绪状态到运行状态的转换。 将一台物理CPU虚拟成多台CPU
16
4.3.1 进程调度的功能
（1）保存现场
进程放弃CPU时，进程调度程序需将现场信 息保存到PCB中
（2）挑选进程 （3）恢复现场
为选中的进程恢复现场信息，把CPU控制权 交给该进程。
例如，考虑表4-2给出的 一组作业（它们同时提交 到系统）。
表4-2 一组作业列表
第5处理机调度幻灯片课件
第5处理机调度
处理机的三级调度
处理机的三级调度：
作业调度 进程调度 中程调度
1.作业的状态
作业从提交到完成要经历四种状态：
提交状态：用户作业由输入设备向系统外存输 入时作业所处的状态。//录入工作，还没进入系统
后备状态：作业输入到外存后，系统为其建立 了作业控制块JCB，并把它插入到后备作业队列 中等待调度运行。//等待调入
作业调度的运行频率较低，通常为几分钟一 次。
作业调度的功能
接纳多少作业：决定接纳作业的数目。 记录作业状况：记录作业各阶段的情况。包
括资源分配、优先权、状态等。相关信息构 成JCB，它是作业存在的唯一标志。 确定调度算法：决定接纳哪些作业。 做好执行前的准备工作：为选中作业建立进 程并分配资源。 善后处理：作业完成后回收占用资源，撤消 JCB。
周转 时间
7 18 14 17 8
带权周 转时间
2.33 3 3.5 3.4 4
平均周转时间 T=(7＋18＋14＋17+8)/5=12.8
平均带权周转时间 W=(2.33＋3＋3.5＋3.4+4)/5=3.246
时间片大小为4
A、B、C、D、E要求运行时间 依次为3、6、4、5 、2 ，到达时间依次为0、1、2、3、4。
A B C D E
提交 时间 0 1 2 3 4
运行 时间 3 6 4 5 2
开始 时间
0 3 7 11 15
完成 时间
3 19 11 20 17
周转 时间
3 18
9 17 13
带权周 转时间
1 3 2.25 3.4 6.5
平均周转时间 T=(3＋18＋9＋17+13)/5=12
平均带权周转时间 W=(1＋3＋2.25＋3.4+6.5)/5=3.23
处理机的三级调度
处理机的三级调度：
作业调度 进程调度 中程调度
1.作业的状态
作业从提交到完成要经历四种状态：
提交状态：用户作业由输入设备向系统外存输 入时作业所处的状态。//录入工作，还没进入系统
后备状态：作业输入到外存后，系统为其建立 了作业控制块JCB，并把它插入到后备作业队列 中等待调度运行。//等待调入
作业调度的运行频率较低，通常为几分钟一 次。
作业调度的功能
接纳多少作业：决定接纳作业的数目。 记录作业状况：记录作业各阶段的情况。包
括资源分配、优先权、状态等。相关信息构 成JCB，它是作业存在的唯一标志。 确定调度算法：决定接纳哪些作业。 做好执行前的准备工作：为选中作业建立进 程并分配资源。 善后处理：作业完成后回收占用资源，撤消 JCB。
周转 时间
7 18 14 17 8
带权周 转时间
2.33 3 3.5 3.4 4
平均周转时间 T=(7＋18＋14＋17+8)/5=12.8
平均带权周转时间 W=(2.33＋3＋3.5＋3.4+4)/5=3.246
时间片大小为4
A、B、C、D、E要求运行时间 依次为3、6、4、5 、2 ，到达时间依次为0、1、2、3、4。
A B C D E
提交 时间 0 1 2 3 4
运行 时间 3 6 4 5 2
开始 时间
0 3 7 11 15
完成 时间
3 19 11 20 17
周转 时间
3 18
9 17 13
带权周 转时间
1 3 2.25 3.4 6.5
平均周转时间 T=(3＋18＋9＋17+13)/5=12
平均带权周转时间 W=(1＋3＋2.25＋3.4+6.5)/5=3.23
《中断系统》PPT课件 (2)
关中断（需要时） 中断服务主体 恢复现场
取下一条指令 N
开中断
图5-3 中断流程图
返回
1．中断请求
• 中断源发出中断请求信号，相应的中断请求 标志位〔在中断允许控制存放器TCON中〕置 “1〞。CPU将不断地及时查询这些中断请求 标志，一旦查询到某个中断请求标志置位， CPU就会响应该中断源中断。
(2) 正在执行的指令尚未执行完。
(3) 正在执行中断返回指令 RETI或者对专用存放器IE、IP 进展读/写的指令。CPU在执行完上述指令之后，要再 执行一条指令，才能响应中断请求。
中断优先级的判定 中断源的优先级别分为高级和低级，通过由软件设置
中断优先级存放器IP相关位来设定每个中断源的 级别。
优先权排列，相互之间间隔8B。一般来说，8B 空间安排不下一个中断效劳程序，但可安排一 条转移指令，跳转到其他适宜的区域编写真正 的中断效劳程序。
3.中断处理
• 中断处理就是执行中断效劳程序，从中断入口地址 开场执行，直到返回指令(RETI)为止。此过程一般 包括三局部内容，一是保护现场，二是处理中断源 的请求，三是恢复现场。
• 〔2〕开中断和关中断
• 在中断处理进展的过程中，可能又有新的中断 请求到来，如果制止被中断，可以先关闭中断系 统，待任务执行完后再翻开中断系统。当然，如 系统本身需要中断嵌套，那么不能将中断系统关 闭，所有中断的发生按照系统“优先级〞的设置 自动“决策〞行事。
• 〔3〕中断效劳程序主体
• 中断效劳程序主体是进展中断处理的具体内容， 以子程序的形式存在，任何中断发生并被响应后， 程序将自动进入相关的入口地址，执行中断效劳 程序。
2. 中断响应
CPU的中断响应条件
CPU响应中断必须首先满足以下三个根本条件。
取下一条指令 N
开中断
图5-3 中断流程图
返回
1．中断请求
• 中断源发出中断请求信号，相应的中断请求 标志位〔在中断允许控制存放器TCON中〕置 “1〞。CPU将不断地及时查询这些中断请求 标志，一旦查询到某个中断请求标志置位， CPU就会响应该中断源中断。
(2) 正在执行的指令尚未执行完。
(3) 正在执行中断返回指令 RETI或者对专用存放器IE、IP 进展读/写的指令。CPU在执行完上述指令之后，要再 执行一条指令，才能响应中断请求。
中断优先级的判定 中断源的优先级别分为高级和低级，通过由软件设置
中断优先级存放器IP相关位来设定每个中断源的 级别。
优先权排列，相互之间间隔8B。一般来说，8B 空间安排不下一个中断效劳程序，但可安排一 条转移指令，跳转到其他适宜的区域编写真正 的中断效劳程序。
3.中断处理
• 中断处理就是执行中断效劳程序，从中断入口地址 开场执行，直到返回指令(RETI)为止。此过程一般 包括三局部内容，一是保护现场，二是处理中断源 的请求，三是恢复现场。
• 〔2〕开中断和关中断
• 在中断处理进展的过程中，可能又有新的中断 请求到来，如果制止被中断，可以先关闭中断系 统，待任务执行完后再翻开中断系统。当然，如 系统本身需要中断嵌套，那么不能将中断系统关 闭，所有中断的发生按照系统“优先级〞的设置 自动“决策〞行事。
• 〔3〕中断效劳程序主体
• 中断效劳程序主体是进展中断处理的具体内容， 以子程序的形式存在，任何中断发生并被响应后， 程序将自动进入相关的入口地址，执行中断效劳 程序。
2. 中断响应
CPU的中断响应条件
CPU响应中断必须首先满足以下三个根本条件。
中断系统PPT课件
断响应和中断服务）； 待CPU将事件B处理完毕后，再回到原来事件A被
中断的地方继续处理事件A（中断返回），这一过 程称为中断 。
2024/2/15
1
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
MCS-51单片机的中断系统结构
2024/2/15
8
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
TCON
IE
IP
硬件查询
INT0 IT0 1
01
T0 INT1 IT1 1
01
T1
RX TX
EX0 1 EA 1 IE0
ET0 1 TF0
EX1 1 IE1
❖实时响应。CPU能够及时处理应用系统的 随机事件，系统的实时性大大增强；
❖可靠性高。CPU具有处理设备故障及掉电 等突发性事件能力，从而使系统可靠性提高。
2024/2/15
4
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
IPH = 0X08; IP = 0X40;
PT1 = 1; PX1 = 1;
2024/2/15
18
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
80C51单片机的中断优先级有三条原则：
❖CPU同时接收到几个中断时，首先响应优先级别最 高的中断请求。
2024/2/15
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在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
中断的地方继续处理事件A（中断返回），这一过 程称为中断 。
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在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
MCS-51单片机的中断系统结构
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在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
TCON
IE
IP
硬件查询
INT0 IT0 1
01
T0 INT1 IT1 1
01
T1
RX TX
EX0 1 EA 1 IE0
ET0 1 TF0
EX1 1 IE1
❖实时响应。CPU能够及时处理应用系统的 随机事件，系统的实时性大大增强；
❖可靠性高。CPU具有处理设备故障及掉电 等突发性事件能力，从而使系统可靠性提高。
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在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
IPH = 0X08; IP = 0X40;
PT1 = 1; PX1 = 1;
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在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
80C51单片机的中断优先级有三条原则：
❖CPU同时接收到几个中断时，首先响应优先级别最 高的中断请求。
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在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
《进程调度》PPT课件
4 Linux中的进程管理
– 4.1 Linux进程概述 • 1．进程实体的组成
• Linux进程由3部分组成：正文段、用户数 据段和系统数据段。
系
进 程
统 数 据
段
正文段 用户数据段
图 Linux进程组成
• 2．进程的状态 • 进程是一个动态的概念，在其运行的整个生
命周期中可根据具体情况不断改变其状态。 Linux进程主要有如下几种状态。
wait_interruptible
申请资源未成功 sleep_on() schedule()
拥有CPU
申请资源未成功 interruptible_sleep_on() schedule()
跟踪系统调用 执行syscall_trace() sys_exit() schedule()
Linux内核功能
进程调度与内存管理之间的关系：这两个子系统互 相依赖。在多道程序环境下，程序要运行必须为之 创建进程，而创建进程的第一件事情，就是将程序 和数据装入内存。
进程间通信与内存管理的关系：进程间通信子系统 要依赖内存管理支持共享内存通信机制，这种机制 允许两个进程除了拥有自己的私有空间，还可以存 取共同的内存区域 。
这种暂停状态被称为阻塞状态。
• 2．进程的状态转换 图1 进程的3种基本状态及其转换
1.4 进程的结构
• 进程结构 PCB
进程控制块
程序段 数据段
动态特征的集中反映 描述要完成的功能 操作对象及工作区
2．进程控制块
• 进程控制块是进程实体的一部分，是操作
系统中最重要的记录型数据结构。PCB中记录 了操作系统所需的，用于描述进程进展情况及 控制进程运行所需的全部信息。
在一个系统中，通常拥有数十个、数百 个乃至数千个PCB。为了对PCB进行有 效地管理，系统应把所有的PCB用适当 的方式组织起来。
单片机中断系统ppt课件
DJNZ R7 MOV P1，#0
CLR EA
SJMP ＄ ；结束
INT1： INC R0 ；中断次数加1
MOV A，R0
MOV DPTR，＃TAB ；DPTR
MOVC A，@A+DPTR
POP DPH
POP DPL
MOV DPTR，#AL1
PUSH DPL
PUSH DPH ；修改中断返回点，AL1压入堆栈
第6章 MCS-51单片机的中断系统
本章介绍的主要内容 ★中断的基本概念 ★中断的系统结构 ★中断的响应过程 ★中断的的应用编程
在CPU和外设交换信息时，存在着快速CPU和慢速外 设间的矛盾，机器内部有时也可能出现突发事件，为此， 计算机中通常采用中断技术。 中断
CPU和外设并行工作，当外设数据准备好( 或有某种突 发事件发生)时向CPU提出请求，CPU暂停正在执行的程序 转而为该外设服务(或处理紧急事件)，处理完毕再回到原断 点继续执行原程序。 中断源
例1. 在图6.3中P1.4～P1.7接有四个发光二极管，P1.0～ P1.3接有四个开关，消抖电路用于 产生中断请求信号，当 消抖电路的开关来回拔动一次将产生一个下降沿信号，通 过INT0向CPU申请中断，要求：初时发光二极管全黑，每 中断一次，P1.0～P1.3所接的开关状态反映到发光二极管 上，且要求开关断开的对应发光二极管亮，电路和现象如 下：
以上中断在AL1或AL2两指令处发生，究竟是哪一指 令处中断是随机的，为保证返回到AL1显示‘F ’ ，这里 采用修改中断返回点的办法， 即先从栈中弹出中断响应 时压入的 断点弹到DPTR中，修改DPTR为用户需要的返 回点，并将其压 入堆栈，再通过执行RETI指令弹出栈中 内容到PC、弹出的即为修改后的地址，从而返回到主 程
《中断与处理器调度》PPT课件
初始时均为0
运行时：执行调试语句，填写中断续元表。 中断时：根据中断原因查中断续元表，
为0，用户未规定中断续元，由OS标准处理； 非0，用户已规定中断续元，由用户处理。
步骤：
（1）发生溢出中断 （2）保存旧PSW和PC （3）取中断向量 （4）转到中断处理程序 （5）访问中断续元表（假定非0） （6）系统栈中现场转移到用户栈 （7）中断续元入口送寄存器（OS中断处理完成） （8）执行中断续元 （9）用户栈PSW和PC送寄存器 （10）返回中断断点
中断优先级：
硬件规定的中断响应次序，依据:
紧迫程度； 处理时间。
中断屏蔽：
高优先级中断事件处理不受低优先级中断打 扰；
程序调整中断响应次序。
3.1.3 中断处理程序
强迫性中断
保存现场信息 取中断字
分析中断原因
自愿性中断
保存现场信息 取调用号
分析何种系统调用
中断处理
（如等待转dispatcher)
3.1.3.6 自愿性中断的处理
访管指令（SuperVisor Call)形式： 准备参数 SVC n 取返回值
参数和返回值和存放位置是由OS规定的。
系统调用（system call)形式： 返回值=系统调用名称（实参1,…,实参n)
3.1.3.6 自愿性中断的处理
系统调用驱动表：(table driven)
处
OS
4
理 程
HAL
序
3.1.2.1 中断源与中断字
中断源
引起中断的事件。
中断寄存器
保存与中断事件相关信息的寄存器。
中断字
中断寄存器的内容。
例：IO中断：设备状态寄存器。
3.1.2.2 中断类型与中断向量
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为了更好的支持smp结构,从Pentium开始,Intel设计了一种更为 通用的中断控制器,称为高级可编程中断控制器APIC (Advanced Programmable Interrupt Controller).
SMP结构中的中断控制硬件机构
cpu 0 本地 APIC
cpu 1 本地 APIC
}
#ifdef CONFIG_SMP set_intr_gate(FIRST_DEVICE_VECTOR, interrupt[0]); set_intr_gate(RESCHEDULE_VECTOR, reschedule_interrupt); set_intr_gate(INVALIDATE_TLB_VECTOR, invalidate_interrupt); set_intr_gate(CALL_FUNCTION_VECTOR, call_function_interrupt);
cpu 0 本地 APIC
cpu 1 本地 APIC
cpu n 本地 APIC
本地中断请求
本地中断请求
本地中断请求
ICC(中断控制器通信)总线
全局APIC 外部中断请求
概要
SMP结构中的中断机制
分布式中断处理 中断初始化 处理器间中断IPI
SMP结构中的进程调度
中断初始化
smp相关的几个主要中断向量 设置中断门 中断响应程序的建立 相关中断处理程序代码
#endif
…
}
设置中断门
for循环设置了除SYSCALL_VECTOR外从FIRST_EXTERNAL_VECTOR开始 的NR_IRQS个中断门向量,在smp结构中覆盖了其中的4个,其他的中断向 量基本上没有什么变化,还与采用8259A时大致相同,不同的是现在由全局 APIC取代8259A将外部中断请求送达各个cpu.
和8259A的IRQ引脚不同,中断优先级和引脚号无 关,重定向表中的每个表项都可以被单独编程来说 明中断向量和优先级,目标处理器以及如何选定处 理器.重定向表中的消息用来把外部ห้องสมุดไป่ตู้RQ信号转换 成通过ICC总线发往一个或多个本地APIC单元的消 息.
全局APIC
工作模式
固定模式
把IRQ信号发送到相应的重定向表表项所列出的本地 APIC上.
全局APIC负责把来自外部设备的中断请求提 交和分配给系统中各个cpu的任务.
全局APIC
组成
全局APIC由一组IRQ线路,一个有24个表项的中断 重定向表(Interrupt Redirection Table),一个可编 程寄存器和一个用来发送和接受经过ICC总线的 APIC消息的消息单元组成.
smp_reschedule_interrupt() smp_call_function_interrupt()
smp相关的几个主要中断向量
smp结构专用的几个IRQ向量定义在include/asmi386/apic.h中
#define SPURIOUS_APIC_VECTOR
0xff
#define ERROR_APIC_VECTOR
传统的i386处理器都采用8259A中断控制器,其作用是提供多个
外部中断源与单一cpu之间的连接.如果在SMP结构中还是采用
8259A中断控制器,那就只能静态的把所有的外部中断源划分成 若干组,分别把每一组都连接到一个8259A,而8259A则与cpu有 一对一的连接.这样就达不到动态分配中断请求的目的.
0xfe
#define INVALIDATE_TLB_VECTOR
0xfd
#define RESCHEDULE_VECTOR
0xfc
#define CALL_FUNCTION_VECTOR
0xfb
#define LOCAL_TIMER_VECTOR
0xef
其他不常用的向量合并到CALL_FUNCTION_VECTOR
本地APIC的一个重要功能是实现处理器间中断IPI
当一个cpu想要向其他cpu发送中断时,将中断向量和目标处 理器的本地apic标志符保存到自己本地apic的中断命令寄存 器中,然后通过ICC总线向目标处理器的本地apic发送一条消 息, 目标处理器的本地apic就向自己的cpu发出相应的中断.
SMP结构中的中断控制硬件机构
Linux源代码阅读
SMP结构中的中断机制和进程调度
张飞
概要
SMP结构中的中断机制
分布式中断处理 中断初始化 处理器间中断IPI
SMP结构中的进程调度
分布式中断处理
APIC简介 SMP结构中的中断控制硬件机构 全局APIC 本地APIC
高级可编程中断控制器APIC
为了充分利用smp体系结构的并行性,要求动态分配中断请求,也 就是说可以向任意cpu发出中断请求.
中以节省向量空间,使用比较频繁的是TLB、 reschedule和local APIC中断向量.
设置中断门
void __init init_IRQ(void) {
…
for (i = 0; i < NR_IRQS; i++) { int vector = FIRST_EXTERNAL_VECTOR + i; if (vector != SYSCALL_VECTOR) set_intr_gate(vector, interrupt[i]);
最低优先级模式
把IRQ信号发送到正在执行优先级最低的进程的处理器 的本地APIC上.所有的本地APIC都有一个可编程任务优 先级寄存器(task priority register),它包含了当前正在运 行的进程的优先级.在每次任务切换时这个寄存器的值必 须由内核进行修改.
本地APIC
组成
每个本地APIC都有几个32位的寄存器,一个内部时钟,一个定 时器设备,240个不同的中断向量(从0x20~0xff,0~0x1f用于 cpu本身的陷阱)以及两条为局部中断保留的IRQ线路,这两条 线路用于重启系统.
cpu n 本地 APIC
本地中断请求
本地中断请求
本地中断请求
ICC(中断控制器通信)总线
全局APIC 外部中断请求
分布式中断处理硬件机制概述
两种APIC:本地APIC和全局APIC,通过中断控 制器通信(Interrupt Controller Communication,ICC)总线相连.
本地APIC集成在cpu内部,通过内部APIC可以 向其他cpu发送中断请求.
SMP结构中的中断控制硬件机构
cpu 0 本地 APIC
cpu 1 本地 APIC
}
#ifdef CONFIG_SMP set_intr_gate(FIRST_DEVICE_VECTOR, interrupt[0]); set_intr_gate(RESCHEDULE_VECTOR, reschedule_interrupt); set_intr_gate(INVALIDATE_TLB_VECTOR, invalidate_interrupt); set_intr_gate(CALL_FUNCTION_VECTOR, call_function_interrupt);
cpu 0 本地 APIC
cpu 1 本地 APIC
cpu n 本地 APIC
本地中断请求
本地中断请求
本地中断请求
ICC(中断控制器通信)总线
全局APIC 外部中断请求
概要
SMP结构中的中断机制
分布式中断处理 中断初始化 处理器间中断IPI
SMP结构中的进程调度
中断初始化
smp相关的几个主要中断向量 设置中断门 中断响应程序的建立 相关中断处理程序代码
#endif
…
}
设置中断门
for循环设置了除SYSCALL_VECTOR外从FIRST_EXTERNAL_VECTOR开始 的NR_IRQS个中断门向量,在smp结构中覆盖了其中的4个,其他的中断向 量基本上没有什么变化,还与采用8259A时大致相同,不同的是现在由全局 APIC取代8259A将外部中断请求送达各个cpu.
和8259A的IRQ引脚不同,中断优先级和引脚号无 关,重定向表中的每个表项都可以被单独编程来说 明中断向量和优先级,目标处理器以及如何选定处 理器.重定向表中的消息用来把外部ห้องสมุดไป่ตู้RQ信号转换 成通过ICC总线发往一个或多个本地APIC单元的消 息.
全局APIC
工作模式
固定模式
把IRQ信号发送到相应的重定向表表项所列出的本地 APIC上.
全局APIC负责把来自外部设备的中断请求提 交和分配给系统中各个cpu的任务.
全局APIC
组成
全局APIC由一组IRQ线路,一个有24个表项的中断 重定向表(Interrupt Redirection Table),一个可编 程寄存器和一个用来发送和接受经过ICC总线的 APIC消息的消息单元组成.
smp_reschedule_interrupt() smp_call_function_interrupt()
smp相关的几个主要中断向量
smp结构专用的几个IRQ向量定义在include/asmi386/apic.h中
#define SPURIOUS_APIC_VECTOR
0xff
#define ERROR_APIC_VECTOR
传统的i386处理器都采用8259A中断控制器,其作用是提供多个
外部中断源与单一cpu之间的连接.如果在SMP结构中还是采用
8259A中断控制器,那就只能静态的把所有的外部中断源划分成 若干组,分别把每一组都连接到一个8259A,而8259A则与cpu有 一对一的连接.这样就达不到动态分配中断请求的目的.
0xfe
#define INVALIDATE_TLB_VECTOR
0xfd
#define RESCHEDULE_VECTOR
0xfc
#define CALL_FUNCTION_VECTOR
0xfb
#define LOCAL_TIMER_VECTOR
0xef
其他不常用的向量合并到CALL_FUNCTION_VECTOR
本地APIC的一个重要功能是实现处理器间中断IPI
当一个cpu想要向其他cpu发送中断时,将中断向量和目标处 理器的本地apic标志符保存到自己本地apic的中断命令寄存 器中,然后通过ICC总线向目标处理器的本地apic发送一条消 息, 目标处理器的本地apic就向自己的cpu发出相应的中断.
SMP结构中的中断控制硬件机构
Linux源代码阅读
SMP结构中的中断机制和进程调度
张飞
概要
SMP结构中的中断机制
分布式中断处理 中断初始化 处理器间中断IPI
SMP结构中的进程调度
分布式中断处理
APIC简介 SMP结构中的中断控制硬件机构 全局APIC 本地APIC
高级可编程中断控制器APIC
为了充分利用smp体系结构的并行性,要求动态分配中断请求,也 就是说可以向任意cpu发出中断请求.
中以节省向量空间,使用比较频繁的是TLB、 reschedule和local APIC中断向量.
设置中断门
void __init init_IRQ(void) {
…
for (i = 0; i < NR_IRQS; i++) { int vector = FIRST_EXTERNAL_VECTOR + i; if (vector != SYSCALL_VECTOR) set_intr_gate(vector, interrupt[i]);
最低优先级模式
把IRQ信号发送到正在执行优先级最低的进程的处理器 的本地APIC上.所有的本地APIC都有一个可编程任务优 先级寄存器(task priority register),它包含了当前正在运 行的进程的优先级.在每次任务切换时这个寄存器的值必 须由内核进行修改.
本地APIC
组成
每个本地APIC都有几个32位的寄存器,一个内部时钟,一个定 时器设备,240个不同的中断向量(从0x20~0xff,0~0x1f用于 cpu本身的陷阱)以及两条为局部中断保留的IRQ线路,这两条 线路用于重启系统.
cpu n 本地 APIC
本地中断请求
本地中断请求
本地中断请求
ICC(中断控制器通信)总线
全局APIC 外部中断请求
分布式中断处理硬件机制概述
两种APIC:本地APIC和全局APIC,通过中断控 制器通信(Interrupt Controller Communication,ICC)总线相连.
本地APIC集成在cpu内部,通过内部APIC可以 向其他cpu发送中断请求.