【正文】 統(tǒng)有某種 需求 ，一旦機(jī)器執(zhí)行到一條訪管指令時(shí)，便自愿停止現(xiàn)行程序的執(zhí)行而轉(zhuǎn)入 訪管中斷處理程序處理 。 二、中斷源分類 (3) 運(yùn)行程序 中斷處理程序 中斷裝置 中斷處理程序 中斷裝置 機(jī)器故障中斷事件 程序性中斷事件 外部中斷事件 輸入輸出中斷事件 運(yùn)行程序 訪管指令 兩類中斷事件 二、中斷源分類 (4) （由硬件產(chǎn)生 屬于硬件中斷） (1)外中斷 (又稱 中斷 )指來自 處理器 和 主存 之外的中斷。 外中斷包括：電源故障中斷、時(shí)鐘中斷、控制臺(tái)中斷、它機(jī)中斷和 I/O中斷等。 (2)內(nèi)中斷 (又稱 異常 )指來自 處理器 和 主存 內(nèi)部的中斷。 內(nèi)中斷包括：通路校驗(yàn)錯(cuò)、主存奇偶錯(cuò)、非法操作碼、地址越界、頁面失效、調(diào)試指令、訪管中斷、算術(shù)操作溢出等各種程序性中斷。訪管中斷是由機(jī)器提供的特殊指令，該指令執(zhí)行時(shí)將會(huì)引起內(nèi)中斷。 內(nèi)中斷 外中斷 二、中斷源分類 (5) (3)中斷和異常的區(qū)別 中斷是 由與 現(xiàn)行指令 無關(guān)的 中斷信號(hào) 觸發(fā)的 (異步的 )，且中斷的發(fā)生與 CPU處在 用戶模式 或 內(nèi)核模式 無關(guān)，通常在兩條機(jī)器指令之間才可響應(yīng)中斷，一般來說， 中斷處理程序 提供的服務(wù)不是為 當(dāng)前進(jìn)程 所需的，如時(shí)鐘中斷、硬盤讀寫服務(wù)請求中斷； 異常是 由處理器正在執(zhí)行 現(xiàn)行指令 而引起的（ 同步的） ，一條指令執(zhí)行 期間 允許 響應(yīng)異常 ， 異常處理程序 提供的服務(wù)是為 當(dāng)前進(jìn)程 所用的。異常包括很多方面，有出錯(cuò) (fault)， 也有陷入 (trap)。 二、中斷源分類 (6) (4)出錯(cuò)和陷入的區(qū)別 出錯(cuò)和陷入的區(qū)別如下： 它們發(fā)生時(shí)保存的返回指令地址不同 ， 出錯(cuò) 保存指向 觸發(fā)異常 的那條指令，而 陷入 保存指向 觸發(fā)異常 的那條指令的 下一條指令 。從處理程序返回時(shí)， 出錯(cuò) 會(huì)重新執(zhí)行那條指令，而 陷入 就不會(huì)重新執(zhí)行那條指令。如缺頁異常是一種出錯(cuò)，而陷入主要應(yīng)用在調(diào)試中 。 二、中斷源分類 (7) IBM中大型機(jī)操作系統(tǒng)使用了上述第一種分類方法，Windows2021/XP則采用了上述第二種分類方法。 ? 硬中斷 ： 中斷 和 異常 要通過 硬件設(shè)施 來產(chǎn)生 中斷請求 ，可看作硬中斷。 ? 軟中斷 ：不必由 硬件發(fā)信號(hào) 而能引發(fā)的 中斷 稱軟中斷 ， 軟中斷 是利用硬件中斷的概念 ， 用 軟件 方式進(jìn)行 模擬 ， 實(shí)現(xiàn)宏觀上的 異步執(zhí)行 效果 。 軟中斷通常是 由內(nèi)核或進(jìn)程對某個(gè)進(jìn)程發(fā)出的中斷信號(hào) ， 可看作內(nèi)核與進(jìn)程或進(jìn)程與進(jìn)程之間用來模擬硬中斷的一種信號(hào)通信方式 （ 信號(hào)機(jī)制 ） 。 軟中斷分為：信號(hào)和軟件中斷 二、中斷源分類 (8) ? 硬中斷和軟中斷共同點(diǎn) ： 當(dāng)中斷源產(chǎn)生中斷請求或發(fā)出軟中斷信號(hào)后， CPU或者接收進(jìn)程在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)自動(dòng)進(jìn)行中斷處理或完成軟中斷信號(hào)所對應(yīng)的功能。 適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī) 是指接收的硬中斷會(huì)及時(shí)獲得中斷處理程序的處理，但接收軟中斷信號(hào)的進(jìn)程不一定正好在接到此信號(hào)時(shí)占有處理器，而相應(yīng)的軟中斷信號(hào)處理必須等到該接收進(jìn)程獲得處理器后才能進(jìn)行，通常會(huì)有一定時(shí)間的延遲。 二、中斷源分類 (9) ? 上述幾種中斷的通常用法 1) “ 中斷 ” （硬中斷）用于外部設(shè)備對 CPU的中斷（中斷正在運(yùn)行的任何程序），轉(zhuǎn)向中斷處理程序。 2) “ 異常 ” （硬中斷）因指令執(zhí)行不正常而中斷 CPU（ 中斷正在執(zhí)行這條指令的程序），轉(zhuǎn)向異常處理程序。 3) “ 軟件中斷 ” （軟中斷）用于硬中斷服務(wù)程序?qū)?nèi)核的中斷，在某點(diǎn)設(shè)置標(biāo)記，以便在適當(dāng)時(shí)刻獲得處理。 4) “ 信號(hào) ” （軟中斷）用于內(nèi)核或進(jìn)程對某個(gè)進(jìn)程的中斷，向進(jìn)程通知某個(gè)特定事件發(fā)生或迫使進(jìn)程執(zhí)行信號(hào)處理程序 二、中斷源分類 (10) ? 中斷機(jī)制與信號(hào)機(jī)制的類比 相同之處： 兩者在概念上是一致的，進(jìn)程接信號(hào)和 CPU接中斷相似 兩者都是異步的 兩者在實(shí)現(xiàn)上均采用“向量表” 兩者均有“屏蔽”設(shè)施 不同之處： 前者由硬件和軟件結(jié)合來實(shí)現(xiàn) 后者則完全靠軟件來實(shí)現(xiàn) 中斷向量表和中斷處理程序均位于系統(tǒng)空間，信號(hào)處理程 序往往由應(yīng)用程序提供，并在用戶空間執(zhí)行 二、中斷源分類 (11) 按中斷 事件的 來源和 實(shí)現(xiàn)手 段分類 硬中斷 軟中斷 外中斷（中斷、異步中斷 ） 內(nèi)中斷（異常、同步中斷 ） 外部中斷 I/O中斷 硬件故障 程序性異常 訪管中斷 信號(hào)（處理異常） 軟件中斷（一些延遲處理事件或任務(wù)） 三、中斷裝置及中斷和異常的響應(yīng) (1) 發(fā)現(xiàn)中斷源并產(chǎn)生中斷的硬件稱 中斷裝置 ， 這些硬件包括 中斷邏輯線路 和 中斷寄存器 。 所有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都采用硬件和軟件（硬件中斷裝置和軟件中斷處理程序）結(jié)合的方法 響應(yīng)中斷和實(shí)現(xiàn)中斷處理 。 ? 發(fā)現(xiàn)中斷源 ， 響應(yīng)中斷請求 。 ? 保護(hù)現(xiàn)場 。 將運(yùn)行程序中斷點(diǎn)在處理器中某些寄存器內(nèi)的現(xiàn)場信息 （ 又稱運(yùn)行程序的執(zhí)行上下文 ） 存放于內(nèi)存儲(chǔ)器 。 交換新老程序狀態(tài)字 ? 啟動(dòng)中斷處理程序 。 三、中斷裝置及中斷和異常的響應(yīng) (2) 中斷寄存器 用來記錄中斷事件，中斷寄存器的內(nèi)容稱中斷字，中斷字的每一位對應(yīng)一個(gè)中斷事件。 每當(dāng)一條機(jī)器指令執(zhí)行結(jié)束的時(shí)刻，中斷控制部件掃描中斷字，查看是否有中斷事件發(fā)生，若是則處理器便響應(yīng)這個(gè)中斷請求。 中斷發(fā)生后，中斷字的相應(yīng)位會(huì)被置位。由于同一時(shí)刻可能有多個(gè)中斷事件發(fā)生，中斷裝置將根據(jù) 中斷屏蔽 要求和 中斷優(yōu)先級 選取一個(gè)，然后把中斷寄存器的內(nèi)容送入程序狀態(tài)字寄存器的中斷碼字段，且把中斷寄存器相應(yīng)位清 “ 0” 。 三、中斷裝置及中斷和異常的響應(yīng) (3) 外中斷舊 PSW 訪管中斷舊 PSW 程序中斷舊 PSW 機(jī)器故障中斷舊 PSW I/O中斷舊 PSW 外中斷新 PSW 訪管中斷新 PSW 程序中斷新 PSW 機(jī)器故障中斷新 PSW I/O中斷新 PSW 18 20 28 30 38 58 60 68 70 78 現(xiàn)行 PSW ② 中斷時(shí)保存現(xiàn)行PSW ③ 中斷時(shí)裝入現(xiàn)行 PSW ④ 中斷后恢復(fù) PSW 主存專用雙字單元 (16進(jìn)制 ) ① 裝配中斷碼 IBM中大型機(jī)中斷響應(yīng)過程 硬件所做的工作 中斷響應(yīng) 三、中斷裝置及響應(yīng) (4) 被中斷的程序的程序狀態(tài)字稱為 舊程序狀態(tài)字 ，中斷處理程序的程序狀態(tài)字稱為 新程序狀態(tài)字 ，如何實(shí)現(xiàn)新舊程序狀態(tài)字的交換？通常，系統(tǒng)為每一種中斷都開辟了主存的固定單元存放新的和舊的程序狀態(tài)字 。 IP CS PSW 現(xiàn)行 PSW寄存器 新 IP 新 CS 老 IP 老 CS 老 PSW 新棧頂 主存 新 PSW 中斷向量表 中斷堆棧 IBM PC機(jī)中斷的響應(yīng)過程 四、中斷處理程序（ 1） 中斷處理程序 。它的主要任務(wù)是處理中斷事件 和恢復(fù) 正常操作 。 中斷向量表（入口地址和 PSW稱為中斷向量） (1)保護(hù)未被 硬件保護(hù) 的一些必需的 處理狀態(tài) 。如保存通用寄存器的內(nèi)容到主存儲(chǔ)器。 (2)識(shí)別各個(gè) 中斷源 ，分析產(chǎn)生 中斷的原因 。 (3)處理發(fā)生的 中斷事件 。 (4)恢復(fù) 正常操作 。恢復(fù)中斷前的 程序 從斷點(diǎn)執(zhí)行或者重新啟動(dòng)一個(gè)新的 程序 或者甚至重新啟動(dòng) 操作系統(tǒng) 。 五、中斷事件的具體處理方法 (1) 這種事件是由硬件故障產(chǎn)生的，排除故障須進(jìn)行人工干預(yù)。中斷處理能做的工作是：保護(hù)現(xiàn)場，防止故障蔓延，報(bào)告給操作員并提供故障信息以便維修和校正，及對程序中所造成的破壞進(jìn)行估價(jià)和恢復(fù)。 下面是一些硬件失效中斷事件的處理辦法： 1)電源故障的處理：電源發(fā)生故障時(shí)，硬設(shè)備能保證繼續(xù)正常工作一段時(shí)間，操作系統(tǒng)利用這一段時(shí)間做三個(gè)工作： ? 將處理器有關(guān)寄存器內(nèi)的信息經(jīng)主存儲(chǔ)器送到磁盤保存起來 。 ? 停止外圍設(shè)備工作 。 有些外圍設(shè)備不能立即停止 ， 中斷處理程序?qū)堰@些正在交換信息又不能立即停止的設(shè)備記錄下來 。 五、中斷事件的具體處理方法 (2) ? 停止處理器工作。此時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)既不執(zhí)行指令又不響應(yīng)中斷。 當(dāng)故障排除后，操作員可以從一個(gè)約定點(diǎn)啟動(dòng)操作系統(tǒng)以恢復(fù)工作。 2)主存儲(chǔ)器故障的處理 中斷處理程序停止與出現(xiàn)的中斷事件有關(guān)的程序的執(zhí)行，然后向操作員報(bào)告出錯(cuò)單元的地址和錯(cuò)誤的性質(zhì)。 程序性中斷事件大致有兩種處理辦法： (1)系統(tǒng)報(bào)告錯(cuò)誤，請求操作員干預(yù)。如非法使用特權(quán)指令。 (2)用戶程序自定義處理辦法。如定點(diǎn)溢出、階碼下溢等中斷事件，操作系統(tǒng)可以將其轉(zhuǎn)交給用戶程序自行處理。如果用戶程序沒有給出處理辦法，則由操作系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)處理。 五、中斷事件的具體處理方法 (3) 1)時(shí)鐘中斷事件的處理 時(shí)鐘是操作系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度工作的重要工具，如讓分時(shí)進(jìn)程作時(shí)間片輪轉(zhuǎn)、讓實(shí)時(shí)進(jìn)程定時(shí)發(fā)出或接收控制信號(hào)、系統(tǒng)定時(shí)喚醒或阻塞一個(gè)進(jìn)程、對用戶進(jìn)程進(jìn)行記賬。 時(shí)鐘可以分成 絕對時(shí)鐘 和 間隔時(shí)鐘 兩種。 ? 系統(tǒng)設(shè)置 絕對時(shí)鐘 寄存器，定時(shí)地把該寄存器的內(nèi)容加 1。如果開始時(shí)這個(gè)寄存器的內(nèi)容為 0，那么，只要操作員告訴系統(tǒng)開機(jī)時(shí)的年、月、日、時(shí)、分、秒，以后就可推算出當(dāng)前的年、月、日、時(shí)、分、秒。 計(jì)算當(dāng)前時(shí)間時(shí)，只要按時(shí)鐘中斷的次數(shù)和絕對時(shí)鐘寄存器的內(nèi)容推算就可得到。 五、中斷事件的具體處理方法 (4) ? 間隔時(shí)鐘 是定時(shí)將一個(gè)間隔時(shí)鐘寄存器的內(nèi)容減 1，當(dāng)間隔時(shí)鐘寄存器的內(nèi)容為 0時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)間隔時(shí)鐘中斷，起到鬧鐘的作用，意味著預(yù)定的時(shí)間到了。操作系統(tǒng)經(jīng)常利用間隔時(shí)鐘作控制調(diào)度。 操作系統(tǒng)有關(guān)時(shí)鐘的任務(wù)包括內(nèi)容： ? 維護(hù)絕對日期和時(shí)間； ? 防止進(jìn)程的運(yùn)行時(shí)間超出其允許值 ， 發(fā)現(xiàn)陷入死循環(huán)的進(jìn)程； ? 對使用 CPU的用戶進(jìn)程記賬； ? 處理進(jìn)程的間隔時(shí)鐘 （ 鬧鐘 ） ； ? 對系統(tǒng)的功能或部件提供監(jiān)視定時(shí)器 。 五、中斷事件的具體處理方法 (5) 在 Intel x86/Pentium微機(jī)中， Linux利用 CMOS中記錄的時(shí)間作為系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的基準(zhǔn)時(shí)間。 Linux系統(tǒng)時(shí)間的測量基準(zhǔn)是 jiffies(瞬時(shí) )(一個(gè)全局變量 )。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)， CMOS中記錄的時(shí)間轉(zhuǎn)化從 1970年 1月 1日 0時(shí) 0分 0秒（ UNIX紀(jì)元）算起的 jiffies值（累積秒數(shù)）。 Linux中兩種類型系統(tǒng)定時(shí)器：老的定時(shí)器機(jī)制和新的定時(shí)器機(jī)制，兩種定時(shí)器都有對應(yīng)的處理例程，必須在到達(dá)給定的系統(tǒng)時(shí)間時(shí)被進(jìn)程調(diào)用。 ?老的定時(shí)器機(jī)制：有一個(gè) 32個(gè)指針的數(shù)組定義的定時(shí)器 。 每個(gè)指針指向一個(gè) timerstruct結(jié)構(gòu) ， timeractive是活動(dòng)定時(shí)器掩碼 。 ?新的定時(shí)器機(jī)制：突破了 32個(gè)定時(shí)器的限制，使用一個(gè) timerlist數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的鏈表，按定時(shí)器到期時(shí)間的升序排列 。 五、中斷事件的具體處理方法 (6) 兩類定時(shí)器中 expires給出該定時(shí)器被激活的時(shí)間， *fn()指出定時(shí)器被激活后的處理函數(shù)。兩類定時(shí)器都使用 jiffies值作為到期比較時(shí)間。例如，某個(gè)定時(shí)器要在 2s之后到期，則必須將 2s轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的 jiffies值，加上當(dāng)前的系統(tǒng)時(shí)間（也是以jiffies為單位）后，得到的便是該定時(shí)器到期的系統(tǒng)時(shí)間expires。 定時(shí)器 bottom half處理過程處理兩種類型的系統(tǒng)定時(shí)器。對于老的系統(tǒng)定時(shí)器，檢查 timeractive中被置位的位掩碼，以便確定活動(dòng)的定時(shí)器。如果一個(gè)活動(dòng)的定時(shí)器到期，便調(diào)用對應(yīng)的定時(shí)器例程， timeractive對應(yīng)位被清除。對于新的系統(tǒng)定時(shí)器，檢查鏈表中的 timerlist數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每個(gè)到期的定時(shí)器將被從鏈表中移出，對應(yīng)的定時(shí)器例程被調(diào)用。 五、中斷事件的具體處理方法 (7) 0 31 timerstruct timertable timeractive expires *fn() timerstruct timerlist timerlist *next *prev expires data function() timerlist *next *prev expires data function() *next *prev expires data function() expires *fn() timerlist 31 0 Linux系統(tǒng)定時(shí)器 I/O中斷的處理 I