Megszakítás

A megszakítás a számítástechnika egyik alapfogalma , amely abban rejlik, hogy egy esemény bekövetkezésekor a vezérlés egy speciális eljárásra, az úgynevezett megszakításkezelőre (ISR, eng.  Interrupt Service Routine ) kerül át [1] . A feltételes és feltétel nélküli ugrásokkal ellentétben a megszakítás bárhol hívható a programban, beleértve azt is, ha a program végrehajtása felfüggesztve van, és általában a programon kívüli események okozzák. A szükséges műveletek elvégzése után a megszakításkezelő rendszerint visszaadja a vezérlést a megszakított programnak [2] .

Időpont

Általános szabály, hogy a megszakításokat a perifériás eszközökkel való munkához használják. Például el kell küldenie egy kérést, hogy adatokat töltsön be a lemezről a memóriába, és miközben a betöltés folyamatban van, végre kell hajtania néhány egyéb műveletet, vagy le kell állítania a végrehajtást, amíg megszakítás nem érkezik, majd a letöltés befejezése után lépjen a megszakításkezelőhöz. amely elkezdi feldolgozni a bejövő adatokat [1] . A megszakítások segítségével megvalósítható a multitasking , programhibakeresés , bizonyos eszközök emulációja stb .

Faj

A megszakító jel forrásától függően ezek a következőkre oszthatók:

• aszinkron vagy külső (hardver) - olyan események, amelyek külső hardvereszközökről (például perifériás eszközökről) származnak, és tetszőleges pillanatban előfordulhatnak: időzítő, hálózati kártya vagy lemezmeghajtó jele, billentyűzet billentyűinek megnyomása, egér mozgása. Az a tény, hogy ilyen megszakítás történik a rendszerben, megszakításkérésként kezeljük ( eng .  Interrupt request, IRQ ) - az eszközök azt jelzik, hogy figyelmet igényelnek az operációs rendszertől;
• szinkron vagy belső események a processzorban a gépi kód végrehajtása során bizonyos feltételek megsértése miatt : nullával való osztás vagy verem túlcsordulás , érvénytelen memóriacímekhez vagy érvénytelen műveleti kódhoz való hozzáférés;
• szoftver (a belső megszakítás speciális esete) - a programkódban lévő speciális utasítás végrehajtása kezdeményezi . A szoftvermegszakításokat általában a firmware , az illesztőprogram és az operációs rendszer funkcióinak elérésére használják .

A "csapda" ( angolul  trap ) kifejezést néha a "megszakítás" vagy a "belső megszakítás" szinonimájaként használják. Általános szabály, hogy a felhasználást az adott processzorarchitektúra gyártójának dokumentációja határozza meg.

Maszkolás

A külső megszakítások a tiltás lehetőségétől függően a következőkre oszthatók:

• maszkolható - megszakítások, amelyek letilthatók a megszakításmaszkoló regiszter megfelelő bitjeinek beállításával ( x86 processzorokban - a flags regiszterben lévő IF jelző alaphelyzetbe állításával );
• nem maszkolható ( angolul  Non-maskable interrupt, NMI ) - mindig feldolgozásra kerülnek, függetlenül az egyéb megszakításokra vonatkozó tilalmaktól. Ilyen megszakítást például a memóriachip meghibásodása okozhat.

A megszakításkezelőket általában úgy írják, hogy a feldolgozási idejük minél rövidebb legyen, mivel működésük során más megszakításokat nem lehet feldolgozni, és ha sok van belőlük (főleg egy forrásból), akkor elveszhetnek. A Windows a késleltetett eljáráshívási mechanizmust használja ehhez .

Prioritás

A megszakítási feldolgozás végéig általában tiltják az ilyen típusú megszakítások feldolgozását, hogy a processzor ne lépjen be egy megszakítás feldolgozási ciklusába. A prioritás azt jelenti, hogy az összes megszakítási forrás osztályokra van osztva, és minden osztályhoz saját megszakításkérés prioritási szint tartozik [3] .

• A relatív megszakítás-szolgáltatás azt jelenti, hogy ha magasabb prioritású megszakítás érkezik egy megszakítás kezelése közben, akkor az adott megszakítás csak az aktuális megszakításkezelő befejezése után lesz kezelve.
• Az abszolút megszakítási szolgáltatás azt jelenti, hogy ha magasabb prioritású megszakítás érkezik egy megszakítás feldolgozása közben, akkor az aktuális megszakításkezelési eljárást megelőzi, és a processzor elkezdi feldolgozni az újonnan kapott magasabb prioritású megszakítást. A rutin befejezése után a processzor visszatér az előzetes megszakítási rutinhoz.

Táblázat megszakítása

A megszakítási vektor  egy eszközhöz rendelt szám, amely azonosítja a megfelelő megszakításkezelőt. A megszakítási vektorokat a megszakításkezelők címeit tartalmazó megszakítási vektortáblázatba egyesítjük [4] . A táblázat elhelyezkedése a processzor típusától és üzemmódjától függ.

Átlátszóság

Feltételezhető, hogy a megszakításnak átláthatóságot kell biztosítania - vagyis a megszakítás célja alapján módosítandó adatok kivételével a megszakítási feldolgozás befejezése után a feldolgozót abba az állapotba kell visszaállítani, amelyben felhívása idején volt [5] . A legegyszerűbb esetben elég az összes processzorregiszter állapotát a verembe menteni.

Szoftver megszakítás

A szoftvermegszakítás olyan szinkron megszakítás, amelyet egy program egy speciális utasítás segítségével valósíthat meg .

Az x86-os processzorokban egy szinkron megszakítás kifejezetten hívására van egy utasításInt , amelynek argumentuma a megszakítás száma (0-tól 255-ig). IBM PC-kompatibilis számítógépeken egyes megszakításokat a ROM -ban tárolt BIOS - rutinok dolgoznak fel , és a megszakítás interfészként szolgál a BIOS által nyújtott szolgáltatás eléréséhez. A megszakításokat a bővítőkártyák (például hálózati vagy videokártyák ) BIOS-a, az operációs rendszer, és még a szokásos (alkalmazási) programok is kiszolgálhatják, amelyek folyamatosan a memóriában vannak, miközben más programok futnak (ún. rezidens programok ). ). Ellentétben a valós móddal , az x86 processzorok védett üzemmódjában a közönséges programok nem tudják kiszolgálni a megszakításokat, ez a funkció csak a rendszerkód (operációs rendszer) számára érhető el.

Az MS-DOS 20h-tól 3Fh-ig számozott megszakításokat használ a moduljaival és az alkalmazási programjaival való interakcióhoz (a számokat hexadecimális jelöléssel adják meg , ahogy az x86 assembly nyelven történő programozáskor szokásos ). Például az MS-DOS függvények fő készletéhez való hozzáférés egy utasítás végrehajtásával történik Int 21h(ebben az esetben a függvény száma és argumentumai regiszterekben kerülnek átvitelre ). A megszakítási számok ilyen kiosztása nem vezetékes, és más programok telepíthetik saját megszakításkezelőket az MS-DOS vagy más programok által telepített meglévő kezelők helyett vagy fölé, ami általában a funkcionalitás megváltoztatására vagy a rendszerfunkciók listájának bővítésére szolgál. A vírusok is kihasználják ezt a lehetőséget .

Jegyzetek

1. ↑ 1 2 Tanenbaum, 2018 , p. 452.
2. ↑ Pogorely, 1989 , p. 56.
3. ↑ Tanenbaum, 2018 , p. 454=456.
4. ↑ Tanenbaum, 2018 , p. 453.
5. ↑ Tanenbaum, 2018 , p. 454.

Irodalom

• Pogorely S. D., Slobodanyuk T. F. 2. fejezet Assembly nyelv a tizenhat bites K1810VM86 mikroprocesszorhoz. Megszakítási rutinok // Szoftver mikroprocesszoros rendszerekhez: Kézikönyv. - K . : Technika, 1989. - 301 p. — ISBN 5-335-00169-0 .
• E. Tanenbaum , T. Austin. Számítógép architektúra = Structured Computer Organization. — 6. kiadás. - Péter, 2018. - S. 452-456. — 816 p. — (A számítástechnika klasszikusai). - ISBN 978-5-496-00337-7 .
• Intel 64 és IA-32 architektúrák szoftverfejlesztői kézikönyve (öt kötet):
  • 3A kötet. Rendszerprogramozási útmutató. 6. FEJEZET MEGSZAKÍTÁSOK ÉS KIVÉTELEK  KEZELÉSE