Переключение режимов

В главе 1, "Обзор компьютерных систем", нами рассматривалась целесообразность включения цикла прерывания в цикл команды. Напомним, что в ходе цикла прерывания процессор проверяет, не поступили ли какие-нибудь преры­вания, на наличие которых указывает сигнал прерывания. Если никаких преры­ваний нет, процессор переходит к циклу выборки, извлекая из памяти очеред­ную команду, входящую в текущую программу. Если же имеются необработанные прерывания, то процессор выполняет следующие действия.

1. Сохраняет контекст текущей программы.

2. Устанавливает в счетчике команд начальный адрес программы — обработчика прерываний.

3. Переключается из пользовательского режима в режим ядра, чтобы можно было выполнять привилегированные команды, содержащиеся в коде обработки прерывания.

После этого процессор переходит к циклу выборки и выбирает первую команду из программы обработки прерываний, обслуживающей данное прерывание.

Может возникнуть вопрос: что входит в состав сохраняемого контекста? Этот контекст должен содержать информацию, которая может быть изменена в процессе работы обработчика прерываний и которая необходима для возобновления выполнения прерванной программы. Таким образом, должна быть сохранена часть управляющего блока процесса с информацией о состоянии процессора. В нее входит содержимое счетчика команд и других регистров процессора, а также информация о стеках.

Нужно ли сделать что-нибудь еще? Это зависит от дальнейших событий. Обычно обработчик прерываний является короткой программой, которая выполняет несколько базовых действий, связанных с прерыванием. Например, эта программа восстанавливает состояние флага, сигнализирующего о наличии прерываний. Она может послать подтверждение о получении прерывания тому элементу аппаратного обеспечения, который сгенерировал это прерывание (например, контроллеру ввода-вывода). Кроме того, эта программа может выполнить некоторые служебные действия, связанные с событием, сгенерировавшим прерывание. Например, если прерывание связано с вводом-выводом, обработчик прерываний проверит, не произошло ли ошибки при его выполнении. Если произошла ошибка, обработчик может послать сигнал процессу, первоначально выдавшему запрос на операцию ввода-вывода. Если прерывание сгенерировано таймером, программа обработки прерываний передаст управление диспетчеру. Диспетчер выполнит переключение процессора на обработку другого процесса, если промежуток времени, отведенный на выполнение текущего процесса, уже истек.

Как же быть с остальной информацией, содержащейся в управляющем блоке процесса? Если вслед за данным прерыванием последует переключение на другой процесс, то нужно выполнить соответствующие действия по переключе­нию. Однако в большинстве операционных систем прерывание не обязательно влечет за собой переключение процессов. По окончании работы обработчика пре­рываний возможно возобновление выполнения того процесса, который выпол­нялся и до прерывания. В некоторых случаях во время прерывания достаточно сохранить только информацию о состоянии процессора. После того как управление вновь возвратится к выполнявшейся перед прерыванием программе, нужно будет лишь восстановить эту информацию. Обычно функция сохранения и восстановления состояния процессора возлагается на аппаратное обеспечение.