操作系統的終端異常機制

一、中斷/異常機制

中斷/異常: 對於操作系統的重要性就好比汽車的發動機

操作系統是由“中斷驅動”或者“事件驅動”的

        主要作用：

1.及時處理設備發來的中斷請求

2.可使OS捕獲用戶程序提出的服務請求

3.防止用戶程序執行過程中的破壞性活動

4.等等

引入的原因：

1.中斷的引入：爲了支持CPU和設備之間的並行操作 

2.異常的引入：表示CPU執行指令時本身出現的問題（算術溢出。地址越界等）

二、中斷/異常的概念

1.CPU對系統發生的某個事件作出的一種反應

2.CPU暫停正在執行的程序，保留現場後自動轉去執行相應事件的處理程序，處理完成後返回斷點，繼續執行被打斷的程序。

        注意：

 1.事件的發生改變了處理器的控制流

2.特點:是隨機發生的；是自動處理的；是可恢復的

三、事件

中斷：外部事件，正在運行的程序所不期望的

異常：由正在執行的指令引發的

• 中斷（外中斷）：I/O中斷；時鐘中斷；硬件中斷                                                                            
• 異常（內中斷）：系統調用；頁故障/頁錯誤；保護性異常；斷點指令；其他程序性異常

四、中斷異常的對比和區別：

五、中斷異常機制的工作原理 

中斷/異常機制是現代計算機系統的核心機制之一

硬件和軟件的相互配合使計算機系統得以充分的發揮能力

• 硬件的任務——中斷/異常的響應

捕獲中斷源發出的中斷/異常請求，以一定的方式響應，將處理器的控制權交給特定的處理程序。

• 軟件的任務——中斷/異常處理程序

識別中斷/異常類型並完成相應的處理

5.1.  中斷響應

中斷響應： 發現中斷、接收中斷的過程，有中斷硬件部件完成。

處理器控制部件中設有中斷寄存器

  中斷先用過程示意圖 

5.2. 中斷向量表

中斷向量： 一個內存單元、存放中斷處理程序的入口地址和程序運行所需的處理機狀態字。

執行流程按中斷/異常類型的不同，通過中斷向量錶轉移控制權給中斷處理程序。

中斷響應示意圖

5.3. 中斷處理程序

1.設計操作系統時，爲每一類中斷/異常時間編好相應的處理程序，並設置好中斷向量表

2.系統運行時若相應中斷，中斷硬件不見將CPU控制權轉給中斷處理程序：

• • 保存相關寄存器信息
  • 分析中斷/異常的具體原因
  • 執行對應的處理功能
  • 恢復現場，返回被事件打斷的程序

其實：軟件提前設置好，硬件部件來執行。

6.例子

I/0中斷處理程序（軟件控制）