《中断与处理器调度》课件

中断与处理器调度中断是计算机系统中重要的机制之一，它允许外部事件打断当前程序执行并转向处理该事件处理器调度则是操作系统管理资源，决定哪个进CPU程或线程获得的使用权CPU课程大纲中断的概念和特点处理器响应中断了解中断的定义、作用以及分学习处理器如何响应中断，以类及中断处理过程中断驱动设备处理器调度掌握中断驱动设备的工作原理深入理解处理器调度的概念、和相关技术目标以及常用算法中断的定义和特点定义特点12中断是指一个事件或信号，中断是异步事件，发生时间通知处理器停止当前执行的不可预测任务并处理一个更紧急的任务特点特点34中断能够改变程序执行流程中断可用于处理各种事件，，提高系统效率例如硬件故障、外设请求、用户输入中断的分类外部中断内部中断软件中断外部中断是由外部设备发起内部中断是由处理器本身发软件中断是由程序员通过执的这些中断通常用于信号起的这些中断通常用于处行特定的指令发起的这些硬件设备事件，例如按下键理异常情况，例如算术溢出中断通常用于请求操作系统盘上的键，或硬盘驱动器完或除以零错误执行特定的任务，例如调用成数据传输系统调用硬件中断来自硬件设备信号传递中断控制器硬件中断是由外部设备触发的，例如键这些设备通过发送中断请求信号给处理中断控制器负责接收中断请求，并将中盘、鼠标、硬盘等器，通知处理器发生了事件断请求传递给处理器软件中断软件中断由程序指令触发例如，执行系统调用指令软件中断用于访问操作系统服务例如，创建文件、读取数据软件中断允许程序与操作系统交互例如，程序可以请求操作系统分配内存处理器如何响应中断中断发生1处理器检测到中断信号保存现场2处理器将当前执行状态信息保存寻找中断向量3确定相应的中断服务程序地址跳转执行4处理器跳转到中断服务程序处理器接收中断信号后，会保存当前程序执行状态，并根据中断类型寻找对应的中断服务程序然后，处理器跳转到中断服务程序，执行相应的处理操作中断向量和中断优先级中断向量中断优先级中断向量表是操作系统用于保存每个中断服务程序地址的表中断优先级用于解决多个中断同时发生时的处理顺序优先格每个中断类型都有唯一的向量值当发生中断时，级高的中断会先被处理操作系统通常会根据中断的类型和CPU使用向量值索引中断向量表以找到对应的中断服务程序地址重要性分配优先级，从而执行相应的操作中断服务程序专用代码快速响应中断服务程序是专门为处理特定需要在中断发生后快速执行，以确ISR ISR中断事件而编写的代码段它包含了处保及时响应中断事件，避免系统出现异理中断事件所需的指令常保护现场恢复现场在执行之前，需要保存当前程序的在执行完毕后，需要恢复中断发生ISR ISR执行状态，以便在执行完后恢复正之前的程序执行状态，并返回到中断发ISR常执行生时的指令位置继续执行中断处理的过程中断响应1处理器暂停当前任务中断向量2查找对应中断服务程序中断服务程序3执行中断处理逻辑恢复现场4恢复中断前的状态返回5继续执行被打断的任务中断处理过程需要快速高效，保证系统正常运行中断屏蔽和中断嵌套中断屏蔽中断嵌套12中断屏蔽是指暂时禁止特定中断嵌套是指在处理一个中中断的处理，以避免干扰关断时，另一个中断被触发，键任务的执行导致新的中断处理程序被调用中断优先级中断处理34中断优先级决定了多个中断中断处理程序会保存当前进同时发生时，哪个中断优先程的执行状态，并处理中断得到处理事件，最后恢复进程状态，继续执行中断驱动设备键盘鼠标硬盘网卡当用户按下键盘上的键时，鼠标移动或单击操作也会触硬盘驱动器通过中断通知系网卡接收到数据包时，会向键盘会向系统发送中断请求发中断，将用户操作信息传统数据传输完成，或发生错系统发送中断，通知系统进，通知系统输入事件发生递给系统误事件行数据处理设备中断处理中断发生1设备完成操作并发送中断信号，处理器接收到中断信号中断处理2处理器保存当前进程的上下文，跳转到中断服务程序中断服务程序3中断服务程序根据设备类型和中断原因处理相应操作，例如读写数据或更新设备状态恢复上下文4中断处理完成后，处理器恢复中断前的进程上下文，继续执行之前的程序时钟中断的作用定时器时钟中断可以作为系统定时器，用于实现系统时间管理、定时任务调度和任务执行时间限制处理器调度时钟中断可以用来触发处理器调度，确保不同进程能够公平地获取处理器资源任务同步时钟中断可以帮助实现不同任务之间的同步和协调，例如在多任务系统中实现任务切换和协调时钟中断的处理过程中断请求时钟中断发生，向处理器发送中断请求信号，并保存当前进程的上下文信息，包括寄存器值和内存状态切换进程处理器进入内核模式，根据调度算法选择新的进程，并加载新的进程的上下文信息中断服务程序执行时钟中断服务程序，更新系统时间，进行一些必要的系统维护操作，例如进程切换和时间片轮转返回用户模式执行完中断服务程序后，处理器返回用户模式，继续执行新选择的进程进程切换和上下文切换进程切换1操作系统将CPU从一个进程切换到另一个进程上下文切换2保存当前进程状态，加载下一个进程状态进程控制块3保存进程运行状态，如寄存器值、内存地址进程切换发生在系统决定将资源分配给另一个进程时，例如，当一个进程等待操作完成时，操作系统会切换到另一个准CPU I/O备运行的进程上下文切换是进程切换过程中不可或缺的一部分，它确保了不同进程在运行时互不干扰，也使系统能够高效地管理资源CPU处理器调度的概念资源分配处理器是计算机的核心资源，对多个任务的资源进行分配，决定每个任务的执行时间和顺序调度策略调度策略决定了处理器分配的原则，例如优先级、时间片分配等任务管理调度程序管理着运行中的任务，负责任务的创建、终止、挂起和恢复处理器调度的目标提高利用率保证公平性缩短响应时间提高系统吞吐量CPU处理器调度旨在最大程度地不同进程和任务应该公平地对于交互式系统，快速响应调度算法应该有效地管理多利用资源，减少空闲时分配时间，避免某些进时间至关重要，调度算法应个进程和任务，从而提高系CPU CPU间，提高系统整体效率程长时间占用资源尽可能减少用户等待时间统整体吞吐量CPU批处理调度算法先来先服务最短作业优先FCFS SJF是最简单的调度算法它按照作业到达的顺序执行根据作业的执行时间进行排序，优先执行时间最短的作业FCFS SJF最短剩余时间优先优先级调度SRJF是的改进版本，它优先执行剩余执行时间最短的作业每个作业都有一个优先级，优先级高的作业优先执行SRJF SJF交互式调度算法响应时间时间片轮转

1.

2.12交互式系统需要快速响应用户的输入，以提供流畅的用户体为每个进程分配一个时间片，轮流执行，以确保所有进程都验能得到及时处理多级反馈队列优先级调度算法

3.

4.34将进程划分到多个队列，根据优先级分配时间片，并进行动根据进程优先级分配时间，确保高优先级进程得到及CPU态调整时执行实时调度算法实时调度算法实时调度算法主要用于需要对时间有严格要求的系统，例如工业控制系统、航空航天系统等这些系统需要保证任务在规定的时间内完成，否则会导致系统故障或严重后果多处理器调度算法分配策略进程同步多个处理器可以同时处理多个多个处理器同时访问共享资源进程，提升系统性能，需要有时，需要协调进程同步，避免效分配策略冲突负载均衡资源分配将多个处理器上的工作量平衡合理分配处理器、内存、磁盘，保证每个处理器都能充分利等资源，提高系统资源利用率用调度算法的性能指标系统中断与调度的关系中断触发调度调度响应中断中断是操作系统进行处理的必要条件调度算法会决定何时需要执行中断服务例如，时钟中断会导致操作系统执行调程序例如，当一个进程请求操作I/O度算法，选择下一个要执行的进程时，调度算法会暂停该进程并执行中断服务程序来处理请求I/O系统引导过程中的中断处理引导加载1系统启动时，完成硬件自检，将控制权交给引导程BIOS序，加载操作系统内核到内存内核初始化2内核启动，初始化系统资源，建立中断处理机制，准备接收中断请求启动用户模式3内核启动用户模式，用户程序开始运行，系统进入正常工作状态操作系统中的中断处理机制中断向量表中断处理程序

1.

2.12操作系统维护一个中断向量操作系统提供用于处理各种表，它包含每个中断的地址中断的特定程序中断上下文中断优先级

3.

4.34操作系统保存和恢复中断发操作系统管理中断优先级，生时的处理器状态，以确保确保紧急中断优先处理程序执行的连续性中断和调度的典型案例分析中断和调度是操作系统的重要组成部分，在各种应用场景中发挥着至关重要的作用例如，在实时操作系统中，中断用于处理来自外部设备的事件，例如传感器数据或用户输入，而调度算法则用于确保实时任务的及时完成在服务器操作系统中，中断用于处理网络请求，而调度算法则用于优化任务的执行效率，提高服务器的吞吐量和响应速度通过分析这些典型案例，可以更深入地理解中断和调度的机制和应用中断和调度的发展趋势云计算环境中的中断和调度人工智能和机器学习物联网和边缘计算云计算环境中，虚拟化和资源动态分配人工智能和机器学习的发展将对中断和物联网和边缘计算中的海量设备和实时对中断和调度提出了新的挑战，需要更调度带来新的需求，例如基于事件驱动数据处理，需要更加智能化的中断和调灵活高效的处理机制的实时任务调度度机制课程小结和思考题学习要点思考题中断机制和处理器调度是操作中断机制和处理器调度如何协••系统的核心概念同工作？中断处理过程，中断嵌套，中如何选择合适的处理器调度算••断驱动设备法？处理器调度算法，进程切换和中断处理和调度算法对系统性••上下文切换能的影响？。