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  • 中断和异常

    在操作系统中引入核心态和用户态这两种工作状态后,就需要考虑这两种状态之间如何切换。

    操作系统内核工作在核心态,而用户程序工作在用户态。但系统不允许用户程序实现核心态的功能,而它们又必须使用这些功能。因此,需要在核心态建立一些“门”,实现从用户态进入核心态。在实际操作系统中,CPU运行上层程序时唯一能进入这些“门”的途径就是通过中断或异常。当中断或异常发生时,运行用户态的CPU会立即进入核心态,这是通过硬件实现的(例如,用一个特殊寄存器的一位来表示CPU所处的工作状态,0表示核心态,1表示用户态。若要进入核心态,只需将该位置0即可)。中断是操作系统中非常重要的一个概念,对一个运行在计算机上的实用操作系统而言,缺少了中断机制,将是不可想象的。

    中断(Interruption),也称外中断,指来自CPU执行指令以外的事件的发生,如设备发出的I/O结束中断,表示设备输入/输出处理已经完成,希望处理机能够向设备发下一个输入/输出请求,同时让完成输入/输出后的程序继续运行。时钟中断,表示一个固定的时间片已到,让处理机处理计时、启动定时运行的任务等。这一类中断通常是与当前程序运行无关的事件,即它们与当前处理机运行的程序无关。

    异常(Exception),也称内中断、例外或陷入(Trap),指源自CPU执行指令内部的事件,如程序的非法操作码、 地址越界、算术溢出、虚存系统的缺页以及专门的陷入指令等引起的事件。对异常的处理一般要依赖于当前程序的运行现场,而且异常不能被屏蔽,一旦出现应立即处理。关于内中断和外中断的联系与区别如图1-2所示。

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