Wildsky

ws://wildsky.cc

耿 . Front-end Developer . Firefox Add-on Developer

作業系統 Ch2-1 - interrupt

最近在看 清大開放課程作業系統 還債XD 上次看的這次就忘了,所以想來記筆記, 幫助未來自己不用再重看影片。

這次看的是關於 interrupt 的部分,探討作業系統如何做到 event driven,避免 CPU 一直在空轉或 idle。

重點

  • interrupt 的流程(軟硬體)
  • 什麼是 interrupt vector & interrupt routine
  • 為什麼要記住被打斷的 instruction 的 address

內容

  1. Busy/Wait output
  2. interrupt I/O

Busy/Wait output

一開始想讓電腦讀資料並處理他,最直覺就是會用這種方式,讓 CPU 一直去看 I/O 好了沒, 還沒好就繼續問,問到他好了為止。但這樣做的缺點也很明顯,CPU 要忙著問進度沒辦法去做其他事情, 程式在運作時仍會霸佔著 CPU,沒有辦法 multiprogramming。

程式碼大概長得像這樣:

// 讀檔
var file = file.open('file1.txt');

while(EOF) {
  read_char(file);
  while (peek_read_status());
  current_char++;
}

但因為太浪費 CPU 資源了,所以又想了下面這個新的方法。

Interrupt I/O

這個方法就是 CPU 把自己變成更高層的老闆,然後要各部長去叫他的部員處理事情, 處理完了再跟他說,老闆就可以自己去找其他事做。

特點有三:

  • 現在的電腦都是這個架構
  • a.k.a event-driven
  • interrupt 可以改變 CPU 執行的 flow

基本流程:

  1. CPU 跟 Controller 說:「你來幫我讀資料,讓我可以做事情 A,做完跟我說」
    • 說完這句話 CPU 就去做其他的事情 B
  2. Controller 搬完資料後,就來跟 CPU 說:「事情 A 所需的資料好了,我都放在 XXX memory」
  3. CPU 可以來決定要繼續做 B,還是回去做 A,就看 CPU 的 scheduling

這個流程也會根據細節微調,像「interrupt 是由軟體還是硬體產生的」就可能有不同 的流程。

  • hardware 產生的 interrupt 就叫做 signal
  • software 的叫做 trap,有兩種狀況會產生
    • 不預期的:像是 segmentation fault 之類的,caused by error
    • system call: 所有的 system call 都是間接的,會丟出一個 interrupt 等 OS 去 接,OS 想接的時候才會安排相關的 handler 去處理,完成才通知你

Signal: hardware interrupt 的流程

  1. hardware 會偵測到事情發生,對 OS 打一個 signal,並正在執行的程式資訊記下來
  2. OS 去查 function vector 找誰是主事者,然後 call 他(稱作 service routine)
  3. 執行完就 return,然後回去執行原本在跑的程式

P.S: function vector 的數量是跟著硬體燒死的,所以是數量固定的 array (就是 vector)

Trap: software interrupt 的流程

It’s a trap!

  1. user call 一個 system call (或是跑了個除以零的程式)
  2. trap 到 OS 去
  3. 查 switch case 表中要執行哪個程式
  4. 查到了就跑他
  5. 跑完就 return 到剛剛 call system call 的人身上

因為是軟體,system call 的數量是無上限的,想訂幾個就幾個, 所以步驟三會用 switch case 的方式去寫。

共同

  • 兩者都要有 interrupt vector & interrupt routine (handler)
    • 用來對應 interrupt 和相關的 function
    • interrupt vector 就是個表
    • interrupt rountine 就是那個被對應到的 function
  • 必須要記住 被打斷的 instruction 的 address
    • return 時才能 resume
  • 之後產生的 interrupt 要能夠被 mask 掉,避免一直被打斷
    • 所以就會有不同 priority 的 interrupt,處理高時就會忽略低

ref

Geng-Zhi Fann © 2018

Powered by Hugo & Kiss.