操作系统处理器管理

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1、操作系统（处理器管理）徐锋Email:xf@nju.edu.cn南京大学计算机科学与技术系主要内容什么是处理器管理？处理器的相关知识中断技术进程与线程处理器调度作业管理与调度低级调度什么是处理器管理？处理器管理是操作系统的重要组成部分，负责管理、调度和分派计算机系统的重要资源——处理器，并控制程序执行。涉及两方面内容处理器运行的程序（进程）处理器的相关知识处理器寄存器机器指令处理器状态程序状态字(PSW,ProgramStatusWord)处理器内部组成：控制器运算器寄存器中断装置输入/输出电路高速缓存(Cache)…寄存器通用寄存器数据寄存器地址寄存器I/O地址寄存器I/O缓冲寄存

2、器控制寄存器程序计数器指令寄存器中断寄存器内存和I/O控制寄存器机器指令指令是指示计算机执行某些操作的命令，一台计算机的所有指令的集合，称为指令系统，反映机器的功能和能力指令系统可分为：复杂指令系统(CISC)、精简指令系统(RISC)指令分类按功能分：运算（算术运算、逻辑运算、移位运算）程序控制（转移、子程序调用、返回）数据传送（一般传送、堆栈操作、数据交换）输入/输出指令按使用者分：特权指令，仅供操作系统内核调用非特权指令处理器状态特权指令的执行限制，使处理器必须能区分当前运行的程序是操作系统还是普通应用程序处理器状态：管理状态（特权状态、系统状态、特态、管态），能执行所有机器指

3、令用户状态（目标状态、用户模式、常态、目态），只能执行非特权指令中断导致状态转换程序请求操作系统服务产生中断事件程序状态字(PSW)用于区别不同的处理器工作状态每个程序都有一个与其执行相关的PSW，而每个处理器均设置一组相关寄存器用于存储PSW信息PSW的主要内容程序基本状态（程序计数器、条件码、状态位）中断码中断屏蔽位中断技术什么是中断？中断源分类中断装置中断处理程序中断的优先级和多重中断什么是中断？中断是用来向CPU报告某设备已完成某项操作的手段，是并发程序的基础。中断是指程序执行过程中，当发生某个事件时，？终止CPU上现行程序的运行，引出处理该事件的服务程序执行的过程。中断事件

4、处理需要硬件（中断装置）和软件（中断处理程序）配合完成。中断源分类中断源：引起中断的事件按中断事件的性质和激活的手段分：强迫性中断事件机器故障、程序性错误（异常）、外部中断、输入输出中断事件、…自愿性中断事件调用访管指令中断源分类内外的划分标准：处理器和主存为内，其他硬件为外按中断信号的来源分：外中断（中断）电源故障中断、时钟中断（外部）、控制台中断、输入输出中断、…内中断（异常）通路校验错、主存奇偶校验错、非法操作码、地址越界、页面失效、调试指令、访管中断、算术操作溢出、…中断与异常的区别中断特点：与现行指令无关发生时间与CPU所处状态无关两条指令之间才能响应中断可被屏蔽可嵌套异常

5、特点：由现行指令执行而引起在目态发生可在一个指令周期内处理不可屏蔽、不可嵌套可细分为：出错，处理完后回到当前出错指令陷入，处理完后执行下一条指令（常用于系统功能调用）中断装置定义：发现中断源并产生中断的硬件，通常包括逻辑电路和中断寄存器具体功能：捕获中断源，响应中断请求保护现场启动处理中断事件的中断处理程序，CPU从目态切换为管态32位处理器的PC机通常的中断硬件结构系统数据总线CPUINTINTA主中断控制器主中断控制器IRQ0时钟键盘tty2tty1IRQ8实时时钟中断装置工作过程演示0000…中断寄存器中断装置中断源1写中断控制部件读内存PSW寄存器控制1#中断向量现行PSW中

6、断处理程序处理中断事件的程序具体功能：保护一些未被硬件保护的现场信息识别中断源，分析中断产生的原因处理发生的中断事件恢复正常操作实现方法：向量地址是中断服务程序的入口中断向量表0130#入口地址1#入口地址3#入口地址处理程序段中断事件处理中断和异常的一般处理过程硬件故障中断程序性中断（浮点溢出、非法指令）输入输出中断I/O操作正常结束I/O操作发生故障I/O操作发生异常设备报道或设备结束访管中断时钟中断中断的优先级优先级同时有多个中断事件发生时，中断装置按一定顺序对其作出响应，其先后顺序即优先级优先级设定的原则按造成计算机系统出错的严重程度划分例，机器校验中断》自愿性中断》程序性中

7、断》外部中断》输入输出中断》重启动中断中断的优先级和多重中断中断优先级的设计导致：中断屏蔽高优先级的中断响应过程中，应屏蔽低优先级的中断有些中断是不能被屏蔽的，如自愿访管中断多重中断事件的处理中断处理过程中，又产生了新的中断事件串行处理中断处理过程中关中断嵌套处理开中断，暂停当前执行的中断处理程序，转而执行更高优先级的中断处理程序即时处理主要针对中断处理程序执行过程中发生的程序性中断Linux中断处理中断自陷慢中断快中断进程正在运行用户态核心态上半部分处理