Un sistema operativo di interruzione (noto anche come sistema operativo guidato dall'interrupt) è un sistema operativo che si basa fortemente su interrupt Per gestire e controllare l'esecuzione di compiti. Invece di pollicare continuamente per eventi o fare affidamento su rigorose lezioni temporali, reagisce ai segnali (interrupt) generati da componenti hardware o software , permettendogli di gestire in modo efficiente più attività e rispondere agli eventi in tempo reale.
Pensaci in questo modo:sei uno chef (la CPU) che prepara un pasto (gestire un programma). Invece di verificare costantemente se il forno è pronto o se un timer è andato via, ti affidi alla campana del forno (un interrupt) o un timer (un altro interrupt) per avvisarti quando è necessario agire. Ciò ti consente di concentrarti su altri compiti (preparazione di verdure, salsa di cottura) nel frattempo.
Come gestisce le interruzioni:
Il processo di gestione di un interrupt segue in genere questi passaggi:
1. Generazione di richiesta di interruzione (IRQ): Un dispositivo hardware (ad es. Tastiera, scheda di rete, controller disco) o un componente software (ad es. Timer, chiamata di sistema) genera una richiesta di interrupt (IRQ). Questo segnale dice alla CPU che si è verificato un evento che richiede attenzione.
2. Controller di interruzione: L'IRQ potrebbe essere instradato tramite un controller di interruzione (ad esempio, APIC - Controller di interrupt programmabile avanzato) che dà la priorità a più richieste di interruzione. Questo controller garantisce che gli interrupt più importanti vengano gestiti per primi.
3. CPU sospende l'esecuzione corrente: Dopo aver ricevuto un interrupt, la CPU * sospende temporaneamente * l'esecuzione del programma o dell'attività corrente. Non si ferma solo; salva meticolosamente lo stato attuale. Ciò comporta il salvataggio di quanto segue:
* Contatore del programma (PC): L'indirizzo della prossima istruzione da eseguire.
* Registri: I valori di tutti i registri della CPU (ad es. Accumulator, puntatore dello stack).
* Word di stato del processore (PSW): Contiene flag che indicano lo stato corrente della CPU (ad es. Interrupt abilita/disabilita, trasporta la bandiera).
4. Salvataggio del contesto: Lo stato salvato del processo interrotto (PC, registri, PSW) è noto come contesto . Il sistema operativo in genere consente di risparmiare questo contesto su uno stack (spesso lo stack del kernel) in modo che possa essere ripristinato in seguito.
5. Tabella vettoriale di interruzione (IVT) Lookup: La CPU utilizza il numero di interrupt (fornito dal controller di interruzione) per cercare il gestore interrupt corrispondente (o routine di servizio di interruzione - ISR) nella tabella vettoriale di interruzione (IVT). L'IVT è una tabella in memoria che le mappe interrompono i numeri agli indirizzi dei rispettivi ISR.
6. Esecuzione del gestore interrupt (ISR): La CPU salta all'indirizzo dell'ISR trovato nell'IVT e inizia a eseguirlo. L'ISR è una routine specifica progettata per gestire l'interrupt particolare. Per esempio:
* tastiera ISR: Legge il tasto premuto dal buffer della tastiera e lo memorizza in un buffer.
* disco i/o ISR: Segnala il completamento di un'operazione di lettura/scrittura del disco e copia i dati da/per la memoria.
* timer isr: Aggiorna il tempo di sistema e può attivare altri eventi in base al tempo trascorso.
7. Gestione degli interrupt: L'ISR esegue le azioni necessarie per affrontare l'interrupt, come ad esempio:
* Servizio del dispositivo che ha causato l'interrupt.
* Aggiornamento dei dati di sistema.
* Forse pianificare un'altra attività da eseguire.
8. Ringraziamento degli interruzioni: I segnali ISR al controller di interruzione (o dispositivo) che l'interrupt è stato gestito. Questo viene spesso fatto per cancellare la richiesta di interrupt.
9. Restauro di contesto: Una volta che l'ISR ha terminato il suo lavoro, ripristina il contesto precedentemente salvato (PC, registri, PSW) dallo stack. Ciò ripristina effettivamente la CPU allo stato in cui si trovava * prima che si verificasse l'interrupt.
10. Torna al programma interrotto: La CPU riprende l'esecuzione del programma interrotto nel punto in cui è stato interrotto (usando il valore del PC ripristinato). Il programma continua come se non fosse successo nulla (tranne un leggero ritardo).
Vantaggi dei sistemi operativi guidati da interruzioni:
* reattività: Consente al sistema di reagire rapidamente agli eventi in tempo reale (ad es. Letture dei sensori, input dell'utente).
* Efficienza: Evita sondaggi inutili, liberando il tempo della CPU per altri compiti.
* Multi-Tasking: Abilita il sistema operativo a gestire più attività contemporaneamente cambiando da esse in base a eventi di interrupt.
* Supporto in tempo reale: Essenziale per i sistemi in tempo reale che richiedono risposte prevedibili e tempestive agli eventi.
Svantaggi dei sistemi operativi guidati da interruzioni:
* Complessità: La progettazione e il debug di gestori di interruzioni possono essere complessi.
* Latenza di interruzione: Il tempo necessario per rispondere a un interrupt (latenza di interruzione) può essere fondamentale nei sistemi in tempo reale. L'elevata latenza può portare a scadenze mancate o instabilità del sistema.
* Conflitti di interruzione: La gestione di interrupt impropri può portare a conflitti tra diversi dispositivi o componenti software.
* Condizioni di gara: Le risorse condivise accessibili sia dai gestori di interruzioni che dal codice normale richiedono un'attenta sincronizzazione per evitare le condizioni di gara.
Esempi di sistemi operativi basati su interrupt:
La maggior parte dei sistemi operativi moderni sono guidati dagli interrupt, tra cui:
* Linux: Si basa fortemente su interrupt per I/O del dispositivo, gestione del timer e chiamate di sistema.
* Windows: Usa interrupt per scopi simili a Linux.
* macOS: Anche un sistema operativo guidato da interrupt.
* Sistemi operativi in tempo reale (RTOS): Come Freertos, VXWorks, QNX, sono progettati specificamente per gestire interruzioni con bassa latenza e alta prevedibilità.
In sintesi, un sistema operativo di interruzione è un modo potente ed efficiente per gestire le risorse del sistema e gestire eventi in tempo reale. Rispondendo agli interrupt, il sistema operativo può passare perfettamente tra le attività e fornire un'esperienza di elaborazione reattiva ed efficiente. Tuttavia, è fondamentale progettare e implementare attentamente i gestori di interruzioni per evitare potenziali problemi.
hardware © www.354353.com