- •Тема 1: Основные компоненты ос
- •1.1 Роль и задачи операционных систем
- •1.2 История развития операционных систем
- •1.3. Классификация современных операционных систем
- •1.4 Основные функции типовых ос
- •1.4.1. Управление процессами и потоками
- •1.4.2. Управление памятью
- •1.4.3. Управление вводом-выводом
- •1.4.4. Управление файлами и файловые системы
- •1.4.5. Сетевая поддержка
- •1.4.6. Безопасность данных
- •1.4.7. Интерфейс пользователя
- •1.4.8 Поддержка 64-битовых процессоров
- •1.5 Аппаратная инициализация компьютера
- •1.6.1 Два этапа загрузки
- •1.6.2 Загрузка и инициализация ядра
- •1.6.3 Загрузка компонентов системы
- •1.7 Загрузка Windows хр
- •1.8 Базовые понятия архитектуры операционных систем
- •1.8.1 Ядро системы и вспомогательные модули ос.
- •1.8.2 Привилегированный режим и режим пользователя
- •1.9 Реализация архитектуры операционных систем
- •1.9.1. Монолитные системы
- •1.9.2 Системы с микроядром
- •1.10 Операционная система и ее окружение
- •1.10.1 Взаимодействие ос и аппаратного обеспечения
- •1.10.2 Взаимодействие ос и выполняемой программы
- •Тема 2: Управление процессами и потоками
- •2.1. Базовые понятия процессов и потоков
- •2.1.1. Процессы и потоки в современных ос
- •2.1.2. Модели процессов и потоков
- •2.1.3. Составные элементы процессов и потоков
- •2.2. Многопотоковость и ее реализация
- •2.2.1. Понятие параллелизма
- •2.2.2. Виды параллелизма
- •2.2.3. Преимущества и недостатки многопотоковости
- •2.2.4 Состояния процессов и потоков
- •Тема 3 Прерывания. Методы и реализация
- •3.1 Прерывания. Назначение и типы.
- •3.2 Механизм прерываний
- •3.3 Обработка прерываний
3.3 Обработка прерываний
Обобщенно последовательность действий аппаратных и программных средств по обработке прерывания можно описать следующим образом.
При возникновении сигнала (аппаратные прерывания) или условия (внутренние прерывания) происходит первичное аппаратное распознавание типа прерывания. Если прерывания данного типа в настоящий момент запрещены (приоритетной схемой или механизмом маскирования), то процессор продолжает поддерживать естественный ход выполнения команд. В противном случае в зависимости от поступившей в процессор информации (уровень прерывания, вектор прерывания или тип условия внутреннего прерывания) происходит автоматический вызов процедуры обработки прерывания, адрес которой находится в специальной таблице операционной системы, размещаемой либо в регистрах процессора, либо в определенном месте оперативной памяти.
Автоматически сохраняется некоторая часть контекста прерванного потока, которая позволит ядру возобновить исполнение потока процесса после обработки прерывания. В это подмножество обычно включаются значения счетчика команд, слова состояния машины, хранящего признаки основных режимов работы процессора (пример такого слова — регистр EFLAGS в Intel Pentium), а также нескольких регистров общего назначения, которые требуются программе обработки прерывания. Может быть сохранен и полный контекст процесса, если ОС обслуживает данное прерывание со сменой процесса. Однако в общем случае это не обязательно, часто обработка прерываний выполняется без вытеснения текущего процесса1.
Одновременно с загрузкой адреса процедуры обработки прерываний в счетчик команд может автоматически выполняться загрузка нового значения слова состояния машины (или другой системной структуры, например селектора кодового сегмента в процессоре Pentium), которое определяет режимы работы процессора при обработке прерывания, в том числе работу в привилегированном режиме. В некоторых моделях процессоров переход в привилегированный режим за счет смены состояния машины при обработке прерывания является единственным способом смены режима. Прерывания практически во всех мультипрограммных ОС обрабатываются в привилегированном режиме модулями ядра, так как при этом обычно нужно выполнить ряд критических операций, от которых зависит жизнеспособность системы, — управлять внешними устройствами, перепланировать потоки и т. п.
Временно запрещаются прерывания данного типа, чтобы не образовалась очередь вложенных друг в друга потоков одной и той же процедуры. Детали выполнения этой операции зависят от особенностей аппаратной платформы, например может использоваться механизм маскирования прерываний. Многие процессоры автоматически устанавливают признак запрета прерываний в начале цикла обработки прерывания, в противном случае это делает программа обработки прерываний.
После того как прерывание обработано ядром операционной системы, прерванный контекст восстанавливается и работа потока возобновляется с прерванного места. Часть контекста восстанавливается аппаратно по команде возврата из прерываний (например, адрес следующей команды и слово состояния машины), а часть — программным способом, с помощью явных команд извлечения данных из стека. При возврате из прерывания блокировка повторных прерываний данного типа снимается.
1