Прерывания играют решающую роль в эффективном функционировании операционных систем (ОС). Это важные механизмы, которые позволяют ОС оперативно реагировать на внешние события, такие как ввод пользователя или сигналы оборудования. В этой статье блога мы рассмотрим назначение прерываний в ОС, обсудим их значение и предоставим примеры кода различных методов обработки прерываний. Итак, приступим!
Понимание прерываний.
Прерывания — это сигналы, генерируемые аппаратными устройствами, программами или внешними событиями, которые временно приостанавливают нормальное выполнение программы. При возникновении прерывания ОС прерывает выполнение текущей задачи и передает управление определенной подпрограмме обработчика прерываний. Эта процедура обрабатывает прерывание, а затем возобновляет выполнение исходной задачи.
Цель прерываний в ОС:
-
Обработка событий. Прерывания позволяют ОС оперативно реагировать на различные события, такие как ввод с клавиатуры, щелчки мыши или сетевые пакеты. Прерывая текущую задачу, ОС может быстро переключить внимание на событие, обработать его и беспрепятственно возобновить исходную задачу.
-
Управление устройствами. Прерывания облегчают связь и координацию между ОС и аппаратными устройствами. Когда устройство требует внимания или передачи данных, оно может генерировать прерывание для уведомления ОС. После этого ОС сможет распределять ресурсы, планировать задачи и эффективно управлять работой устройства.
-
Обработка в реальном времени. Прерывания жизненно важны для систем реального времени, где важны быстрые и предсказуемые реакции. Критические по времени события, такие как входные сигналы датчиков или сигналы управления, могут обрабатываться немедленно с помощью прерываний, обеспечивая точную и своевременную реакцию.
Методы обработки прерываний:
-
Опрос. В этом методе ОС постоянно проверяет наличие прерываний, периодически опрашивая состояние устройств. Несмотря на простоту, он может быть неэффективным, поскольку потребляет циклы ЦП даже при отсутствии ожидающих прерываний.
-
Векторные прерывания: этот метод использует таблицу векторов для хранения адресов подпрограмм обработчиков прерываний. При возникновении прерывания ОС использует номер прерывания для непосредственного перехода к соответствующему обработчику, сокращая время поиска.
-
Процедура обслуживания прерываний (ISR): ISR — это специальная процедура, которая обрабатывает прерывания определенного типа. При возникновении прерывания ОС передает управление соответствующему ISR, который выполняет необходимые действия по обработке прерывания. После завершения ISR возвращает управление прерванной задаче.
-
Обработка нижней половины: некоторые прерывания, особенно требующие обширной обработки, можно разделить на две части: верхнюю половину и нижнюю половину. Верхняя половина, выполняемая в ISR, обрабатывает критичные по времени задачи, а нижняя половина, выполняемая позже, выполняет ресурсоемкую или некритичную по времени обработку.