1. Attivazione di un interrupt:
Gli interrupt sono attivati da eventi hardware o software. Esempi includono:
* Interrupt hardware: Questi derivano da dispositivi come la tastiera (pressione del tasto), il disco rigido (dati pronti), la scheda di rete (pacchetto ricevuto), il timer (tempo trascorso) o persino gli errori CPU interni. Ogni dispositivo ha una riga di richiesta di interruzione univoca (IRQ) che utilizza per segnalare la CPU.
* Interruzioni del software (chiamate anche chiamate o trappole di sistema): Questi sono attivati da un programma che richiede esplicitamente servizi del sistema operativo, come la lettura di un file, l'allocazione della memoria o la creazione di un processo. Sono avviati tramite istruzioni software.
2. Gestione degli interrupt:
Quando si verifica un interrupt:
1. Segnale di interruzione: La CPU riceve il segnale di interruzione.
2. Interrupt contesto Salvamento: La CPU salva immediatamente lo stato attuale del processo di esecuzione (registri, contatore del programma, ecc.) All'epoca. Questo è cruciale in modo che il processo possa riprendere in seguito da dove si era interrotto. Questo stato salvato è talvolta chiamato "contesto di interruzione".
3. Tabella vettoriale di interruzione: La CPU consulta una tabella vettoriale di interruzione. Questa tabella mappa l'IRQ (o il numero di interrupt software di interruzione) all'indirizzo di un gestore di interrupt specifico (ISR - Interrupt Service Routine) in memoria.
4. Esecuzione del gestore interrupt: La CPU salta all'indirizzo del gestore di interrupt appropriato. L'ISR esegue le azioni necessarie per rispondere all'interrupt, come la lettura dei dati da un dispositivo, la gestione di una chiamata di sistema o la gestione di un errore.
5. Restaurazione del contesto di interruzione: Una volta completato l'ISR, la CPU ripristina il contesto salvato dallo stack, restituendo efficacemente il controllo al processo precedentemente in esecuzione.
3. Priorizzazione a interruzione:
Il sistema operativo impiega vari meccanismi per gestire le priorità di interruzione:
* Priorità hardware: Alcune architetture hardware consentono all'hardware stesso di dare priorità agli interrupt. Gli interrupt di priorità più elevati possono interrompere quelli di priorità inferiore (interrupt nidificati). Ad esempio, un interrupt di errore del disco rigido potrebbe prevenire un interruzione della tastiera.
* Priorità del software: Il sistema operativo può dare la priorità ulteriormente agli interrupt utilizzando le tecniche software all'interno dei gestori di interrupt stessi. Il sistema operativo potrebbe differire la gestione di interruzioni con priorità più bassa fino a quando non vengono trattate quelle più prioritarie.
* Interrupt mascheramento/disabilitazione: Gli interrupt possono essere mascherati (temporaneamente disabilitati) o abilitati selettivamente. Ciò è cruciale durante le sezioni critiche del codice in cui un interrupt potrebbe causare la corruzione dei dati. Ad esempio, un interrupt potrebbe essere mascherato durante la modifica delle strutture di dati condivise.
4. Relazione con i processi e la gestione delle attività:
Gli interrupt sono fondamentali per il multitasking. Permettono al sistema operativo di:
* Spegnere tempo: Il timer interrompe innesca gli interruttori di contesto, consentendo al sistema operativo di passare da diversi processi in esecuzione, creando l'illusione della concorrenza.
* Gestione I/O: Gli interruzioni dai dispositivi I/O consentono al sistema operativo di gestire le operazioni di input/output asincrone senza bloccare la CPU. Il processo che richiede l'operazione I/O può continuare a funzionare mentre il gestore di interruzione gestisce il trasferimento dei dati in background.
* Gestione degli errori: Gli interrupt forniscono un meccanismo per la gestione di errori hardware e le eccezioni del sistema in modo efficiente, prevenendo gli arresti anomali del sistema.
* Chiamate di sistema: L'interruzione del software (chiamate di sistema) consente alle applicazioni di richiedere servizi del sistema operativo, interagendo efficacemente con il kernel e gestendo l'accesso alle risorse di sistema.
In sintesi, gli interrupt sono il fondamento dei moderni sistemi operativi. La loro capacità di gestire eventi asincroni in modo efficiente e con un approccio prioritario è essenziale per la gestione dei processi, gestire l'I/O e mantenere la stabilità e la reattività del sistema. L'uso intelligente del sistema operativo del sistema operativo della gestione, della definizione delle priorità e della commutazione del contesto autorizza il multitasking efficiente e il funzionamento generale del sistema informatico.
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