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操作系统（to be continued）

2022-04-20 17:31:56 阅读：167 来源： 互联网

标签：调用操作系统中断系统响应指令 continued CPU

1 概述

多道程序同时计算

原因：
- CPU速度与I/O速度不匹配的矛盾，非常突出
- 只有让多道程序同时进入内存争抢CPU运行，才可以使得CPU和外围设备充分并行，从而提高计算机系统的使用效率
示例：
实现：
- 为进入内存执行的程序建立管理实体：进程
- OS控制进程执行和资源的调度
  - 如何让正在运行的程序让出CPU：中断(中断正在执行的程序，引入OS处理)，中断是激活CPU的唯一手段，启动等也属于中断

系统调用

概念：
- 系统调用是操作系统的程序接口，为所有运行程序提供访问操作系统的接口。它是操作系统完成某种特定功能的过程。
实现：
- 陷入处理机制：控制和实现系统调用的机制
  - 需设计一张系统调用入口地址表，每个入口地址指向一个系统调用的处理程序，并包含系统调用自带参数的个数
  - 需开辟现场保护区，以保存发生系统调用时的处理器现场
- 陷入指令：异常中断指令，为实现系统调用而引起处理器中断的指令
- 每个系统调用都事先规定了编号，并在约定寄存器中规定了传递给内部处理程序的参数

2 处理器管理1 中断

指令执行过程

取指：CPU根据PC从存储取出机器指令放入IR
解码：IR解译指令
执行：连接CPU控制单元和算术逻辑单元，执行指令

程序状态字PSW

PSW，指一个或一组控制与状态寄存器，保存当前程序运行的动态信息，比如PC、IR、中断字、中断屏蔽、处理器模式等

用户态与内核态

设计的处理器模式，用来实现特权指令管理
- 内核态可以执行全部指令，用户态只能执行非特权指令。特权指令如置PC寄存器、启动I/O指令
\(用户态 \stackrel{中断、异常、系统异常}{\rightarrow} 内核态\)
\(内核态 \stackrel{内核处理完成，调用中断返回指令}{\rightarrow} 用户态\)

中断概念

广义中断概念：
- 暂时停止当前CPU上运行的程序。然后处理中断事件。处理完返回被中断处，或根据中断优先级调度其他程序。
- 狭义中断、异常、系统异常都属于广义中断。
中断、异常、系统异常：
- 狭义中断，指来源于处理器之外的中断事件，即与当前运行指令无关的中断事件，如I/O中断、外部信号中断等。这种情况要保存并恢复上下文环境。
- 异常，指当前运行指令引起的中断事件，如地址异常、算术异常（比如除数为0）
- 系统异常，触发系统调用引起的中断事件，如请求设备、请求I/O、创建进程等。系统异常可视为异常的一类

中断系统

中断响应（硬件完成） + 中断处理（软件完成）
中断响应：
- 在指令执行周期最后增加一个微操作，以响应中断。
- 过程：
  1. 发现中断源，决定是否中断屏蔽。当有多个要响应的中断源时，按规定的优先级选择。
  2. 中断当前程序的执行，保存当前程序的PSW到核心栈
  3. 转向操作系统的中断处理程序
中断处理：
- 过程：
  1. 处理中断事件
  2. 恢复正常操作（内核态 --> 用户态）
中断系统处理流程：
- 中断码：PSW中字段，可用来分析被中断程序的中断源
- 交换新旧PSW：把当前被中断的程序的PSW/PC记录下来，同时把操作系统内核程序的PC置到PC寄存器中，使得内核程序占有处理器运行。

多中断响应与处理

中断屏蔽
- 有选择的响应中断，中断装置通过中断屏蔽位决定是否响应已发生的中断
中断优先级
- 多个中断，根据中断优先级响应一个中断事件
中断的嵌套处理
- 当计算机响应中断后，在中断处理过程中，可以再响应其他中断
- 中断的嵌套处理改变中断处理次序，先响应的有可能后处理

标签：调用,操作系统,中断,系统,响应,指令,continued,CPU
来源： https://www.cnblogs.com/iterationjia/p/16170800.html

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