Процедуры обработки прерываний и текущий процесс

Важной особенностью процедур, выполняемых по запросам прерываний, является то, что они выполняют работу, чаще всего никак не связанную с текущим процессом.

Например, драйвер диска может получить управление после того, как контроллер диска записал в соответствующие сектора информацию, полученную от процесса А, но этот момент времени, не совпадет с периодом очередной итерации выполнения процесса А или его потока.

В наиболее типичном случае процесс А будет находиться в состоянии ожидания завершения операции ввода-вывода (при синхронном режиме выполнения этой операции) и драйвер диска прервет какой-либо другой процесс.

В некоторых случаях вообще трудно однозначно определить, для какого процесса выполняет работу тот или иной программный модуль ОС, например планировщик потоков. Поэтому для такого рода процедур вводятся ограничения — они не имеют права использовать ресурсы (память, открытые файлы и т.п.), с которыми работает текущий процесс.

Процедуры обработки прерываний работают с ресурсами, которые были выделены им при инициализации соответствующего драйвера или инициализации самой операционной системы. Эти ресурсы принадлежат ОС, а не конкретному процессу. Так память драйверам выделяется из системной области. Поэтому обычно говорят, что процедуры обработки прерывании работают вне контекста процесса.

Диспетчеризация прерываний является важной функцией ОС, и эта функция реализована практически во всех мультипрограммных ОС. Как правило, в ОС реализуется двухуровневый механизм планирования работ. Верхний уровень планирования выполняется диспетчером прерываний, который распределяет процессорное время между потоком поступающих запросов на прерывания различных типов — внешних, внутренних и программных. Оставшееся процессорное время распределяется другим диспетчером — диспетчером потоков, на основании дисциплин квантования и других, которые мы рассматривали.

Системные вызовы

Системный вызовпозволяет приложению обратиться к ОС с просьбой выполнить то или иное действие, оформленное как процедура (или набор процедур) кодового сегмента ОС.

Для прикладного программиста ОС выглядит как некая библиотека, реализующая полезные функции, облегчающие управление прикладной задачей или выполнение действий, запрещенных в пользовательском режиме, например обмен данными с устройством ввода-вывода.

Реализация системных вызовов должна удовлетворять следующим требованиям:

· обеспечивать переключение в привилегированный режим;

· обладать высокой скоростью вызова процедур ОС;

· обеспечивать единообразное обращение к системным вызовам для всех аппаратных платформ, на которых работают ОС;

· допускать легкое расширение набора системных вызовов;

· обеспечивать контроль со стороны ОС за корректным использованием системных вызовов

В большинстве ОС системные вызовы обслуживаются по централизованной схеме, основанной на существовании диспетчера системных вызовов.

При любом системном вызове приложение выполняет программное прерывание с определенным и единственным номером вектора.

Перед выполнением программного прерывания приложение передает ОС номер системного вызова. Способ передачи зависит от реализации. Например, номер можно поместить в определенный регистр процессора или передать через стек. Также некоторым способом передаются аргументы системного вызова, они могут помешаться как, в регистры общего назначения, так и передаваться через стек или массив, оперативной памяти.

После завершения работы системного вызова управление возвращается диспетчеру, при этом он получает также код завершения этого вызова. Диспетчер восстанавливает регистры процессора, помещает в определенный регистр код возврата и выполняет инструкцию возврата из прерывания, которая восстанавливает непривилегированный режим работы процессора.

Описанный табличный способ организации системных вызовов принят практически во всех операционных системах. Он позволяет легко модифицировать со­став системных вызовов, просто добавив в таблицу новый адрес и расширив диа­пазон допустимых номеров вызовов.

ОС может выполнять системные вызовы в синхронномили асинхронномрежимах.

Синхронный системный вызовозначает, что процесс, сделавший такой вызов, приостанавливается до тех пор, пока системный вызов не выполнит всю требуемую работу. После этого планировщик переводит процесс в состояние готовности.

Асинхронный системный вызовне приводит к переводу процесса в режим ожидания после выполнения некоторых начальных системных действий, например запуска операции вывода-вывода, управление возвращается прикладному процессу.

Большинство системных вызовов в ОС являются синхронными.