《中断与处理机调度》课件.pptx

《《中断与处理机调度》课件.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《中断与处理机调度》课件.pptx（61页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、中断与处理机调度 制作人：PPT制作者时间：2024年X月目录第第1 1章章 简介简介第第2 2章章 中断与处理机调度中断与处理机调度第第3 3章章 处理机调度处理机调度第第4 4章章 实时系统实时系统第第5 5章章 中断与处理机调度中断与处理机调度第第6 6章章 总结总结 0101第1章 简介 系统中断系统中断是指CPU在执行程序时，由于某种原因被迫停止原来的工作，转而去处理一些紧急或者优先级更高的任务。常见形式有软件中断、硬件中断和异常。中断处理的基本过程中断处理流程包括中断请求、中断响应、中断处理三个步骤。中断处理的主要任务是保存现场、处理中断、恢复现场。中断处理方式有直接中断处理、中断

2、向量表方式、程序中断方式等。处理机调度处理机调度是指在多道程序环境下，为了提高处理机的利用率和系统的吞吐量，按照一定的规则，把处理机分配给不同的进程的过程。处理机调度方式有批处理系统、交互系统和实时系统等。调度算法有先来先服务、短作业优先、高优先级优先、时间片轮转等。中断与处理机调度的关系中断和处理机调度都是为了提高系统的效率。中断可能打断当前正在执行的程序，导致进程的暂停和恢复。处理机调度会决定调度优先级，进而影响中断的响应和处理速度。由执行的程序发出的中断请求软件中断0103程序执行期间遇到的错误情况异常02由硬件设备发出的中断请求硬件中断由硬件或者软件发出中断请求中断请求0103根据中断

3、类型进行中断处理中断处理02CPU响应中断请求并保存现场中断响应短作业优先短作业优先优点：平均等待时间短，适用优点：平均等待时间短，适用于短作业于短作业缺点：可能会导致长作业饥饿缺点：可能会导致长作业饥饿高优先级优先高优先级优先优点：适用于实时任务等高优优点：适用于实时任务等高优先级进程先级进程缺点：可能会导致低优先级进缺点：可能会导致低优先级进程永远得不到调度程永远得不到调度时间片轮转时间片轮转优点：公平性高，适用于交互优点：公平性高，适用于交互式系统式系统缺点：时间片过长或过短都会缺点：时间片过长或过短都会影响效率影响效率处理机调度算法对比处理机调度算法对比先来先服务先来先服务优点：公平性

4、高，适用于长作优点：公平性高，适用于长作业业缺点：平均等待时间长，不利缺点：平均等待时间长，不利于短作业于短作业中断处理的分类中断处理的分类中断处理方式通常包括直接中断处理、中断向量表方式和中断处理方式通常包括直接中断处理、中断向量表方式和程序中断方式等。其中，直接中断处理是程序中断方式等。其中，直接中断处理是CPUCPU在中断请求在中断请求到来时对中断进行处理，效率较高。中断向量表方式是到来时对中断进行处理，效率较高。中断向量表方式是CPUCPU在中断请求到来时先查找中断向量表并跳转至相应处在中断请求到来时先查找中断向量表并跳转至相应处理程序进行处理。程序中断方式是通过调用特定的程序实理程序

5、进行处理。程序中断方式是通过调用特定的程序实现中断处理。现中断处理。调度算法介绍优先调度最先到达的进程先来先服务优先调度需要处理时间短的进程短作业优先优先调度优先级高的进程高优先级优先按照时间片轮流调度就绪队列中的进程时间片轮转处理机调度的目处理机调度的目标标处理机调度的主要目标是提高处理机调度的主要目标是提高CPUCPU的利用率和系统的吞吐的利用率和系统的吞吐量。为了达到这个目标，处理机调度需要根据不同的调度量。为了达到这个目标，处理机调度需要根据不同的调度方式和算法，调度合适的进程，并在调度过程中兼顾各种方式和算法，调度合适的进程，并在调度过程中兼顾各种需求，如响应时间、周转时间、吞吐量等

6、。需求，如响应时间、周转时间、吞吐量等。中断处理的任务将当前程序的状态保存在堆栈中保存现场根据中断类型选择相应的中断处理程序处理中断将保存在堆栈中的状态恢复到当前程序中恢复现场 0202第2章 中断与处理机调度 中断请求例如：内存错误、I/O错误等硬件异常例如：越界、非法操作等软件异常例如：键盘输入、网络请求等外设请求 中断完成过程中断向量表检索-中断现场保护-中断服务例程调用中断响应中断服务例程执行-中断关闭-状态恢复中断处理 中断服务例程中断服务例程中断服务例程是用于处理中断并提供中断服务的代码段。中断服务例程是用于处理中断并提供中断服务的代码段。编写中断服务例程需要遵循一定的规范，例如不

7、能使用浮编写中断服务例程需要遵循一定的规范，例如不能使用浮点数等。点数等。中断嵌套中断嵌套当正在执行中断服务例程时，当正在执行中断服务例程时，又来了一个中断请求，此时会又来了一个中断请求，此时会进行中断嵌套进行中断嵌套中断嵌套可以无限层，但是会中断嵌套可以无限层，但是会增加系统的复杂度和开销增加系统的复杂度和开销中断优先级的判断中断优先级的判断根据中断请求的优先级和当前根据中断请求的优先级和当前正在执行的中断服务例程的优正在执行的中断服务例程的优先级进行比较，优先级高的中先级进行比较，优先级高的中断请求优先执行断请求优先执行 中断优先级中断优先级中断优先级中断优先级针对多个中断请求，每个中断针

8、对多个中断请求，每个中断请求有一个特定的优先级请求有一个特定的优先级高优先级的中断请求可以打断高优先级的中断请求可以打断正在执行的低优先级中断服务正在执行的低优先级中断服务例程例程编写中断服务例程的规范1.不得使用浮点数2.不得嵌套中断3.不得使用危险函数4.不得使用阻塞操作5.不得使用长时间操作6.不得使用延时操作根据不同的来源和需求，中断请求会有不同的优先级中断请求的优先级0103优先级高的中断请求可以打断正在执行的低优先级中断服务例程优先级高的中断请求02中断服务例程的优先级通常比较低，因为中断服务例程需要尽快执行完毕，让CPU回到主程序当前正在执行的中断服务例程的优先级中断嵌套的问题中

9、断嵌套可以无限层，但是会增加系统的复杂度和开销增加系统的复杂度和开销通过优化中断服务例程的执行时间，可以减少中断嵌套的次数，提升系统的可靠性和性能优化中断服务例程通过合理设计中断优先级，可以避免中断嵌套的发生，提升系统的可靠性和性能中断优先级的合理设计 小结中断是操作系统中非常重要的一部分，用于处理硬件和软件异常、外设请求等。中断的处理需要分为中断响应和中断处理两个阶段，中断响应包括中断向量表的检索、中断现场的保护等，中断处理包括中断服务例程的执行、中断关闭和状态恢复等。中断服务例程需要遵循一定的规范，如不能使用浮点数等。中断优先级是针对多个中断请求的，每个中断请求有一个特定的优先级。中断服务

10、例程和中断优先级的设计是操作系统中非常重要的问题。0303第3章 处理机调度 静态优先级调度算法简单易实现、适用于单处理器系统。优点不适用于多处理器系统、无法应对变化的调度场景。缺点 动态优先级调度算法适用于多处理器系统、能够应对变化的调度场景。优点实现难度大、容易出现饥饿现象。缺点 时间片轮转调度算法能够实现公平性、简单易实现。优点调度延迟高、难以应对I/O型进程。缺点 多级反馈队列调度算法能够应对不同类型的进程、能够实现公平性。优点调度延迟高、实现难度大。缺点 不同的调度算法不同的调度算法处理机调度算法有很多种，每种算法都有自己的优缺点。处理机调度算法有很多种，每种算法都有自己的优缺点。在

11、制定调度策略的时候，需要考虑系统的特点和使用场景，在制定调度策略的时候，需要考虑系统的特点和使用场景，选择最合适的算法。选择最合适的算法。每个进程分配一定的静态优先级，按照优先级的顺序进行处理。静态优先级调度算法0103 02根据进程的行为动态调整进程优先级。动态优先级调度算法优点优点简单易实现、适用于单处理器简单易实现、适用于单处理器系统系统适用于多处理器系统、能够应适用于多处理器系统、能够应对变化的调度场景对变化的调度场景能够实现公平性、简单易实现能够实现公平性、简单易实现能够应对不同类型的进程、能能够应对不同类型的进程、能够实现公平性够实现公平性缺点缺点不适用于多处理器系统、无法不适用于

12、多处理器系统、无法应对变化的调度场景应对变化的调度场景实现难度大、容易出现饥饿现实现难度大、容易出现饥饿现象象调度延迟高、难以应对调度延迟高、难以应对I/OI/O型进型进程程调度延迟高、实现难度大调度延迟高、实现难度大 不同调度算法的比较不同调度算法的比较算法算法静态优先级调度算法静态优先级调度算法动态优先级调度算法动态优先级调度算法时间片轮转调度算法时间片轮转调度算法多级反馈队列调度算法多级反馈队列调度算法如何选择合适的调度算法在选择调度算法的过程中，需要考虑系统的特点和使用场景。对于单处理器系统，可以选择简单易实现的静态优先级调度算法；对于多处理器系统，可以选择动态优先级调度算法或者多级反

13、馈队列调度算法。如果要实现公平性，可以选择时间片轮转调度算法。0404第4章 实时系统 实时系统概述实时系统指对任务响应时间有较严格要求的计算机控制系统，主要应用于航空、交通、电力、医疗等领域。实时系统有响应时间、可靠性、实时性、可预测性等特点。实时任务调度实时任务调度是将实时任务分配给处理器的过程，一般采用静态分配算法、周期性调度算法、优先级调度算法等。其中，优先级赋值是根据任务对系统的影响和紧迫程度，对任务进行优先级赋值。任务调度表、时钟中断处理程序、任务调度程序等调度器构成0103 02选择下一个要执行的任务，确保任务执行顺序，响应中断请求调度器功能实时系统的实现实时系统的实现实时系统的

14、实现要求硬件和软件都能满足实时系统的特点，实时系统的实现要求硬件和软件都能满足实时系统的特点，如可靠性、实时性、可扩展性、安全性等。实现方案可以如可靠性、实时性、可扩展性、安全性等。实现方案可以采用专用硬件、关键任务实时内核等。采用专用硬件、关键任务实时内核等。实时系统应用飞行控制、导航、通信等航空交通流量控制、信号灯控制等交通电网运行、故障监测等电力手术控制、病人监测等医疗可靠性可靠性任务执行准确无误任务执行准确无误不能出现错误或故障不能出现错误或故障实时性实时性任务必须在规定时间内完成任务必须在规定时间内完成必须满足实时性要求必须满足实时性要求可预测性可预测性任务执行时间可预测任务执行时间

15、可预测可预测任务执行结果可预测任务执行结果实时系统特点实时系统特点响应时间响应时间任务响应时间要求严格任务响应时间要求严格要在规定时间内完成任务要在规定时间内完成任务 0505第5章 中断与处理机调度 中断延迟优化指从产生中断请求到处理中断的时间。中断延迟中断响应时间长、中断现场保护时间长、中断服务例程执行时间长等。产生原因减少中断响应时间、缩短中断现场保护时间、优化中断服务例程等。优化措施 中断共享问题多个设备通过同一个中断请求信号，向处理器发起中断请求。中断共享硬件限制、成本考虑等。产生原因使用中断控制器、加锁机制等。解决方法 中断优先级反转问题一个低优先级的进程在持有系统资源时，等待服务

16、于高优先级的进程，使高优先级的进程被阻塞。中断优先级反转问题中断服务例程执行了系统调用操作等。产生原因禁止中断、使用优先级继承等。解决方法 中断处理效率优化提高中断处理效率，使CPU尽快恢复正在执行的进程。中断处理效率优化减少中断现场保护时间、优化中断服务例程、使用扩展中断等。优化方法优化不能影响中断处理的正确性和系统稳定性。注意事项 中断处理优化中断处理优化中断处理是操作系统中非常重要的一部分。对中断进行优中断处理是操作系统中非常重要的一部分。对中断进行优化可以提高系统的性能，使化可以提高系统的性能，使CPUCPU更高效地运行。主要优化更高效地运行。主要优化措施包括减少中断延迟、解决中断共享

17、问题和中断优先级措施包括减少中断延迟、解决中断共享问题和中断优先级反转问题、提高中断处理效率等。反转问题、提高中断处理效率等。通过优化中断现场保护机制，可以缩短中断现场保护时间。中断现场保护时间长0103通过优化中断服务例程，可以缩短中断服务例程执行时间。中断服务例程执行时间长02通过优化中断响应机制，可以缩短中断响应时间。中断响应时间长成本考虑成本考虑单个中断控制器成本高单个中断控制器成本高多个中断控制器成本更高多个中断控制器成本更高解决方法解决方法使用中断控制器使用中断控制器加锁机制加锁机制 中断共享问题中断共享问题硬件限制硬件限制中断线路不够中断线路不够硬件不支持多个中断控制器硬件不支持

18、多个中断控制器中断优先级反转问题中断优先级反转问题是指低优先级的进程在持有系统资源时，等待服务于高优先级的进程，使高优先级的进程被阻塞。常见的产生原因是中断服务例程执行了系统调用操作等。为了解决中断优先级反转问题，我们需要禁止中断、使用优先级继承等。0606第6章 总结 中断与处理机调度的关系提高系统效率中断和处理机调度都是为了提高系统的效率，二者之间相互影响。核心思想中断与处理机调度的关系反映了操作系统的核心思想管理。重点研究领域中断与处理机调度的研究，是操作系统和嵌入式系统领域内的重点领域，对于提高系统的性能和实时性有着重要的意义。中断处理的优化优化方法常见的优化方法有：减少中断延迟、解决

19、中断共享问题、解决中断优先级反转问题、提高中断处理效率等。保证正确性和稳定性优化方法需要在保证正确性和稳定性的前提下进行，不能造成潜在的风险和问题。处理机调度的研究调度算法常见的调度算法包括：静态优先级调度算法、动态优先级调度算法、时间片轮转调度算法、多级反馈队列调度算法等。重要研究领域处理机调度的研究，对于提高系统的性能、响应能力和公平性有着重要的意义。实时系统技术的发展广泛应用领域实时系统技术在航空、交通、电力、医疗等领域中有广泛应用。不断发展随着科技的发展和应用场景的不断变化，实时系统技术也在不断发展。面临挑战和机遇未来，随着人工智能等新技术的兴起，实时系统技术将面临更多的挑战和机遇，需

20、要不断地进行创新和发展。中断与处理机调度的关系中断和处理机调度是操作系统中不可或缺的两个部分，二者之间是相互影响的关系。中断是处理器暂停正在执行的程序，转而执行中断服务程序，处理机调度则是对多个进程的处理机利用进行管理和调度。二者的关系反映了操作系统的核心思想管理。中断处理的优化中断处理的优化是提高系统性能的重要手段。常见的优化方法有：减少中断延迟、解决中断共享问题、解决中断优先级反转问题、提高中断处理效率等。在进行优化的过程中，需要在保证正确性和稳定性的前提下进行，不能造成潜在的风险和问题。处理机调度的研究处理机调度是操作系统领域内的重要研究方向，是多道程序设计思想的重要体现。常见的调度算法

21、包括：静态优先级调度算法、动态优先级调度算法、时间片轮转调度算法、多级反馈队列调度算法等。处理机调度的研究，对于提高系统的性能、响应能力和公平性有着重要的意义。实时系统技术的实时系统技术的发展发展实时系统技术在航空、交通、电力、医疗等领域中有广泛实时系统技术在航空、交通、电力、医疗等领域中有广泛应用。随着科技的发展和应用场景的不断变化，实时系统应用。随着科技的发展和应用场景的不断变化，实时系统技术也在不断发展。未来，随着人工智能等新技术的兴起，技术也在不断发展。未来，随着人工智能等新技术的兴起，实时系统技术将面临更多的挑战和机遇，需要不断地进行实时系统技术将面临更多的挑战和机遇，需要不断地进行

22、创新和发展。创新和发展。优化前提优化前提保证正确性和稳定性保证正确性和稳定性优化效果优化效果提高系统性能提高系统性能 中断处理的优化方法中断处理的优化方法优化方法优化方法减少中断延迟减少中断延迟解决中断共享问题解决中断共享问题解决中断优先级反转问题解决中断优先级反转问题提高中断处理效率提高中断处理效率静态调度算法静态优先级调度算法0103轮转调度算法时间片轮转调度算法02动态调度算法动态优先级调度算法实时系统技术的发展实时系统技术在航空、交通、电力、医疗等领域中有广泛应用。随着科技的发展和应用场景的不断变化，实时系统技术也在不断发展。未来，随着人工智能等新技术的兴起，实时系统技术将面临更多的挑战和机遇，需要不断地进行创新和发展。谢谢观看！下次再会