Interrupts sind entscheidend für die Fähigkeit eines Betriebssystems, Aufgaben und Prozesse zu verwalten und zu priorisieren. Sie erlauben dem Betriebssystem, asynchron auf Ereignisse zu reagieren und zu verhindern, dass es gebunden wird, bis etwas passiert. Hier ist eine Aufschlüsselung ihrer Funktion:
1. Auslösen eines Interrupts:
Interrupts werden durch Hardware- oder Softwareereignisse ausgelöst. Beispiele sind:
* Hardware unterbricht: Diese ergeben sich aus Geräten wie der Tastatur (Tastendruck), Festplatten (Datenbereit), Netzwerkkarte (Paket empfangen), Timer (Zeitverlauf) oder sogar internen CPU -Fehlern. Jedes Gerät verfügt über eine eindeutige Interrupt -Anforderung (IRQ), die die CPU signalisiert.
* Software -Interrupts (auch Systemaufrufe oder Fallen genannt): Diese werden durch ein Programm ausgelöst, das explizit OS -Dienste anfordert, z. B. das Lesen einer Datei, die Zuweisung von Speicher oder das Erstellen eines Prozesses. Sie werden durch Softwareanweisungen initiiert.
2. Interrupt -Handhabung:
Wenn ein Interrupt auftritt:
1. Signal unterbrechen: Die CPU empfängt das Interrupt -Signal.
2. Kontextsparung unterbrechen: Die CPU speichert sofort den aktuellen Zustand des laufenden Prozesses (Register, Programmzähler usw.) dem Stapel. Dies ist entscheidend, sodass der Prozess später von genau dort wieder aufgenommen werden kann, wo er aufgehört hat. Dieser gespeicherte Zustand wird manchmal als "Interrupt -Kontext" bezeichnet.
3. Vektortabelle unterbrechen: Die CPU konsultiert eine Interrupt -Vektor -Tabelle. Diese Tabelle ordnet den IRQ (oder Software -Interrupt -Nummer des Interrupts) von jedem Interrupt auf die Adresse eines bestimmten Interrupt -Handlers (ISR - Interrupt -Service -Routine) im Speicher ab.
4. Ausführung von Handler unterbrechen: Die CPU springt zur Adresse des entsprechenden Interrupt -Handlers. Der ISR führt die erforderlichen Aktionen aus, um auf den Interrupt zu reagieren, z. B. das Lesen von Daten von einem Gerät, die Behandlung eines Systemaufrufs oder einen Fehler.
5. Kontext -Wiederherstellung von Kontext: Sobald der ISR abgeschlossen ist, stellt die CPU den gespeicherten Kontext aus dem Stapel wieder her und gibt die Kontrolle effektiv in den zuvor ausgeführten Prozess zurück.
3. Interrupt -Priorisierung:
Das Betriebssystem verwendet verschiedene Mechanismen, um die Interrupt -Priorisierung zu verwalten:
* Hardware -Priorisierung: Einige Hardware -Architekturen ermöglichen es der Hardware selbst, Interrupts zu priorisieren. Interrupts mit höherer Priorität können die unteren Priorität unterbrechen (verschachtelte Interrupts). Beispielsweise könnte ein Festplattenfehler -Interrupt einen Tastaturinterrupt vorbeugen.
* Software -Priorisierung: Das Betriebssystem kann Interrupts mithilfe von Softwaretechniken innerhalb der Interrupt -Handler selbst weiter priorisieren. Das Betriebssystem könnte die Handhabung niedrigerer Prioritätstörungen verschieben, bis diejenigen mit höherer Priorität behandelt werden.
* Interrupt -Maskierung/Behinderung: Interrupts können maskiert (vorübergehend deaktiviert) oder selektiv aktiviert werden. Dies ist in kritischen Codeabschnitten von entscheidender Bedeutung, in denen ein Interrupt zu einer Datenversorgung führen kann. Beispielsweise kann ein Interrupt maskiert werden, während die gemeinsam genutzten Datenstrukturen geändert werden.
4. Beziehung zu Prozessen und Aufgabenverwaltung:
Interrupts sind für Multitasking von grundlegender Bedeutung. Sie erlauben das Betriebssystem:
* Zeitvert dazu: Timer unterbricht Trigger -Kontextschalter, sodass das Betriebssystem zwischen verschiedenen Laufprozessen wechseln und die Illusion der Parallelität erzeugt.
* E/O -Handhabung: Interrupts von E/A -Geräten ermöglichen es dem Betriebssystem, asynchrone Eingangs-/Ausgangsvorgänge zu verwalten, ohne die CPU zu blockieren. Der Prozess, der den E/A -Vorgang anfordert, kann weiter ausgeführt werden, während der Interrupt -Handler die Datenübertragung im Hintergrund übernimmt.
* Fehlerbehandlung: Interrupts bieten einen Mechanismus zum Umgang mit Hardwarefehlern und Systemausnahmen effizient, wodurch Systemabfälle verhindern.
* Systemaufrufe: Software Interrupts (Systemaufrufe) ermöglichen es Anwendungen, OS -Dienste anzufordern, effektiv mit dem Kernel zu interagieren und den Zugriff auf Systemressourcen zu verwalten.
Zusammenfassend sind Interrupts das Fundament moderner Betriebssysteme. Ihre Fähigkeit, mit asynchronen Ereignissen effizient und mit einem priorisierten Ansatz umzugehen, ist für die Verwaltung von Prozessen, die Behandlung von E/A und die Aufrechterhaltung der Systemstabilität und -reaktionsfähigkeit von wesentlicher Bedeutung. Der clevere Einsatz von Interrupt -Handhabung, Priorisierung und Kontextschaltung des Betriebssystems ermöglicht ein effizientes Multitasking und den Gesamtbetrieb des Computersystems.
