Interrupts• Interrupts signal async

Interrupts
• Interrupts signal asynchronous events
• I/O hardware interrupts
• Hardware timers
• Two flavors of interrupts
• Precise: CPU transfers control only on instruction boundaries
• Imprecise: CPU transfers control in the middle of instruction
execution
• What the heck does that mean?
• OS designers like precise interrupts, CPU designers like
imprecise interrupts


How to find interrupt handler?
• Hardware maps interrupt type to interrupt number
• OS sets up Interrupt Descriptor Table (IDT) at boot
• Also called interrupt vector
• IDT is in memory
• Each entry is an interrupt handler
• OS lets hardware know IDT base
• Hardware finds handler using interrupt number as
index into IDT
• handler = IDT[intr_number]


Timer
• The timer is critical for an operating system
• It is the fallback mechanism by which the OS reclaims control
over the machine
• Timer is set to generate an interrupt after a period of time
• Setting timer is a privileged instruction
• When timer expires, generates an interrupt
• Handled by kernel, which controls resumption context
• Basis for OS scheduler (more later…)
• Prevents infinite loops
• OS can always regain control from erroneous or malicious
programs that try to hog CPU
• Also used for time-based functions (e.g., sleep())


I/O Control
• I/O issues
• Initiating an I/O
• Completing an I/O
• Initiating an I/O
• Special instructions
• Memory-mapped I/O
• Device registers mapped into address space
• Writing to address sends data to I/O device


I/O Completion
• Interrupts are the basis for asynchronous I/O
• OS initiates I/O
• Device operates independently of rest of machine
• Device sends an interrupt signal to CPU when done
• OS maintains a vector table containing a list of
addresses of kernel routines to handle various events
• CPU looks up kernel address indexed by interrupt
number, context switches to routine


I/O Example
1. Ethernet receives packet, writes packet into memory
2. Ethernet signals an interrupt
3. CPU stops current operation, switches to kernel mode, saves
machine state (PC, mode, etc.) on kernel stack
4. CPU reads address from vector table indexed by interrupt
number, branches to address (Ethernet device driver)
5. Ethernet device driver processes packet (reads device registers
to find packet in memory)
6. Upon completion, restores saved state from stack


Interrupt Questions
• Interrupts halt the execution of a process and
transfer control (execution) to the operating system
• Can the OS be interrupted? (Consider why there might
be different IRQ levels)
• Interrupts are used by devices to have the OS do
stuff
• What is an alternative approach to using interrupts?
• What are the drawbacks of that approach?


Architecture Trends Impact
OS Design
• Processor
• Single core to multi-core
• OS must better handle concurrency
• Network
• Isolation to dial-up to LAN to WAN
• OS must devote more efforts to communications
• Disconnected to wired to wireless
• OS must manage connectivity more
• Isolated to shared to attacked
• OS must provide more security/protection
• Mobile/battery-operated
• OS must pay attention to energy consumption



May you live in Interesting
Times
• Multicores
• Smart phones
• Tapes
disks
flash memory
..
• 3G, 4G..
53 CS317 Operating System
• Cloud
• Wearable computers
• Virtual reality
• Motion capturing device

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ขัดจังหวะ•ขัดจังหวะสัญญาณแบบอะซิงโครนัสเหตุการณ์• I/o ของฮาร์ดแวร์ interrupts•ฮาร์ดแวร์ตัวจับเวลา•สองรสของ interrupts•ความแม่นยำ: CPU ถ่ายโอนการควบคุมเฉพาะในขอบเขตของคำสั่ง• Imprecise: CPU ถ่ายโอนการควบคุมกลางสอนการดำเนินการ•การ heck ไม่ว่าหมายถึง•ออกแบบ OS ต้องแม่นยำ interrupts นักออกแบบ CPU เช่นimprecise interruptsวิธีการค้นหาจัดการการขัดจังหวะหรือไม่•ฮาร์ดแวร์แมปชนิดขัดจังหวะขัดจังหวะหมายเลข• OS ตั้งค่าขัดจังหวะบอกตาราง (IDT) ที่เริ่มต้นระบบ•เรียกว่าเวกเตอร์• IDT เป็นหน่วยความจำ•แต่ละรายการเป็นตัวจัดการการขัดจังหวะ• OS ให้รู้พื้นฐาน IDT ฮาร์ดแวร์•ฮาร์ดแวร์พบใช้ขัดจังหวะหมายเลขเป็นตัวจัดการดัชนีเป็น IDT•จัดการ = IDT [intr_number]จับเวลา•เวลาเป็นสิ่งสำคัญสำหรับระบบปฏิบัติการ•มีกลไกย้อนกลับซึ่งระบบปฏิบัติ reclaims ควบคุมมากกว่าเครื่อง•จับเวลาไว้เพื่อสร้างการขัดจังหวะหลังจากรอบระยะเวลา•ตั้งค่าเวลาเป็นคำสั่งที่อภิสิทธิ์•เมื่อเวลาหมดอายุ สร้างการขัดจังหวะ•จัดการ โดยเคอร์เนล การควบคุมบริบทใหม่ให้•พื้นฐานสำหรับการจัดกำหนดการ OS (ภายหลังเพิ่มเติม...)•ป้องกันการวนรอบไม่สิ้นสุด• OS สามารถเสมอสามารถควบคุมจากข้อผิดพลาด หรือเป็นอันตรายโปรแกรมที่พยายามกิตติ CPU•ใช้สำหรับการทำงานตามเวลา (เช่น sleep())การควบคุม I/O• I/O ปัญหา•เริ่มต้นการ I/O•ดำเนินการ I/O•เริ่มต้นการ I/O•คำแนะนำพิเศษ•หน่วยความจำถูกแมป I/O•อุปกรณ์ทะเบียนถูกแมปไว้ในพื้นที่•เขียนที่อยู่ส่งข้อมูลไปยังอุปกรณ์ I/Oเสร็จสมบูรณ์ I/O•ขัดจังหวะเป็นพื้นฐานของ I/O แบบอะซิงโครนัส• OS เริ่ม I/O•อุปกรณ์ทำงานอิสระของเครื่องจักร•อุปกรณ์ส่งสัญญาณการขัดจังหวะไป CPU เมื่อทำ• OS รักษาตารางเวกเตอร์ที่ประกอบด้วยรายการที่อยู่ของเคอร์เนลตามปกติจะจัดการกับเหตุการณ์ต่าง ๆ• CPU ค้นหาดัชนี โดยขัดจังหวะอยู่เคอร์เนลหมายเลข บริบทสลับไปประจำตัวอย่างของ I/O1. อีเทอร์เน็ตได้รับแพคเก็ต แพคเก็ตเขียนลงในหน่วยความจำ2. อีเทอร์เน็ตสัญญาณการขัดจังหวะ3. CPU หยุดการดำเนินงานปัจจุบัน สลับไปยังโหมดเคอร์เนล บันทึกสถานะเครื่อง (PC โหมด ฯลฯ) บนสแตกเคอร์เนล4. CPU อ่านที่อยู่จากเวกเตอร์ตารางการสร้างดัชนี โดยการขัดจังหวะหมายเลข สาขาที่อยู่ (โปรแกรมควบคุมอุปกรณ์ Ethernet)5. อีเทอร์เน็ตอุปกรณ์ควบคุมกระบวนการแพคเก็ต (อ่านทะเบียนอุปกรณ์หาแพคเก็ตในหน่วยความจำ)6. เมื่อเสร็จสมบูรณ์ คืนค่าบันทึกสถานะจากกองคำถามขัดจังหวะขัดจังหวะ•หยุดการทำงานของกระบวนการ และโอนย้ายการควบคุม (ปฏิบัติการ) กับระบบปฏิบัติการ•ระบบปฏิบัติการสามารถถูกขัดจังหวะหรือไม่ (พิจารณาสาเหตุอาจมีเป็นระดับ IRQ ต่าง ๆ)ขัดจังหวะ•ใช้งาน โดยอุปกรณ์จะมีระบบปฏิบัติการที่ทำสิ่ง•วิธีการทดแทนการใช้ interrupts คืออะไร•ข้อเสียของวิธีการนั้นคืออะไรสถาปัตยกรรมแนวโน้มผลกระทบต่อออกแบบระบบปฏิบัติการ•ตัวประมวลผล•หลักเดียวไปหลายหลัก•ระบบปฏิบัติต้องจัดการพร้อมกันดีกว่า•เครือข่าย•แยกการเรียกผ่านสายโทรศัพท์การ LAN กับ WAN• OS ต้องอุทิศความพยายามมากกว่าการสื่อสาร•เชื่อมต่อกับสายกับไร้สาย•ระบบปฏิบัติต้องจัดการเชื่อมต่อเพิ่มเติม•แยกต่างหากเพื่อการโจมตีที่ใช้ร่วมกัน•ระบบปฏิบัติต้องให้ความปลอดภัยป้องกันเพิ่มเติม•มือถือ/แบตเตอรี่ดำเนินการ• OS ต้องสนใจกับการใช้พลังงานคุณอาจอยู่ในน่าสนใจครั้ง• Multicores•โทรศัพท์สมาร์ท•เทปdisksหน่วยความจำ flash...• 3G, 4G ...ระบบปฏิบัติการ 53 CS317•เมฆ• Wearable คอมพิวเตอร์•ความเป็นจริงเสมือนอุปกรณ์จับภาพเคลื่อนไหว•

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ขัดจังหวะ•ขัดจังหวะสัญญาณเหตุการณ์ที่ไม่ตรงกัน• I / O ขัดจังหวะฮาร์ดแวร์จับเวลา•ฮาร์ดแวร์•สองรสชาติของการขัดจังหวะ•แม่นยำ: โอน CPU ควบคุมเฉพาะในขอบเขตของการเรียนการสอน•ไม่แน่ชัด: การถ่ายโอน CPU ควบคุมในช่วงกลางของการเรียนการสอนการดำเนินการ•ห่าหมายความว่า? •ออกแบบระบบปฏิบัติการเช่นการขัดจังหวะแม่นยำนักออกแบบ CPU เหมือนขัดจังหวะแน่ชัดวิธีการหาจัดการขัดจังหวะ? •แผนที่ฮาร์ดแวร์ขัดจังหวะประเภทที่จะขัดขวางจำนวน•ระบบปฏิบัติการกำหนดขึ้นขัดจังหวะอธิบายตาราง (IDT) ที่บูต•เรียกอีกอย่างว่าการขัดจังหวะเวกเตอร์•ไอดีทีอยู่ในหน่วยความจำ•แต่ละรายการเป็นตัวจัดการขัดจังหวะ•ระบบปฏิบัติการช่วยให้ฮาร์ดแวร์รู้ราชกิจจานุเบกษาฐาน•ฮาร์ดแวร์พบว่าการจัดการโดยใช้หมายเลขขัดจังหวะเป็นดัชนีลงในราชกิจจานุเบกษา•จัดการ= ราชกิจจานุเบกษา [intr_number] ตั้งเวลา•จับเวลาเป็นสิ่งสำคัญสำหรับระบบปฏิบัติการ•เป็นกลไกทางเลือกโดยที่ระบบปฏิบัติการreclaims ควบคุมมากกว่าเครื่อง•ตั้งเวลามีการตั้งค่าในการสร้างการขัดจังหวะหลังจากช่วงระยะเวลาหนึ่ง•การตั้งค่าการจับเวลาเป็นคำสั่งที่มีสิทธิพิเศษ•เมื่อจับเวลาหมดอายุสร้างขัดจังหวะ•จัดการโดยเคอร์เนลซึ่งควบคุมบริบทการเริ่มต้นใหม่•เกณฑ์ในการจัดตารางเวลาปฏิบัติการ(เพิ่มเติมในภายหลัง ... ) •ป้องกันลูปไม่มีที่สิ้นสุด•ระบบปฏิบัติการสามารถควบคุมจากที่ผิดพลาดหรือเป็นอันตรายโปรแกรมที่พยายามที่จะหมูCPU •นอกจากนี้ยังใช้สำหรับการทำงานตามเวลา (เช่นการนอนหลับ ()) I / O ควบคุม• I / ปัญหา O •เริ่มฉัน / O •การดำเนินการ I / O •เริ่ม I / O •คำแนะนำพิเศษ•หน่วยความจำแมป I / O •ลงทะเบียนอุปกรณ์แมปเข้ามาในพื้นที่ที่อยู่•การเขียนไปยังที่อยู่จะส่งข้อมูลไปยังอุปกรณ์ I / O I / O เสร็จ• Interrupts เป็น พื้นฐานสำหรับการไม่ตรงกัน I / O •ระบบปฏิบัติการเริ่มต้นของ I / O •อุปกรณ์ทำงานเป็นอิสระจากส่วนที่เหลือของเครื่อง•อุปกรณ์ส่งเมื่อทำสัญญาณขัดจังหวะซีพียู•ระบบปฏิบัติการรักษาตารางเวกเตอร์ที่มีรายชื่อของที่อยู่ของการปฏิบัติเคอร์เนลที่จะจัดการกับเหตุการณ์ต่างๆ• CPU มีลักษณะที่อยู่เคอร์เนลขึ้นโดยการจัดทำดัชนีขัดจังหวะจำนวนบริบทเปลี่ยนไปประจำI / O ตัวอย่าง1 อีเธอร์เน็ตได้รับแพ็คเก็ตแพ็คเก็ตเขียนในหน่วยความจำ2 อีเธอร์เน็ตสัญญาณขัดจังหวะ3 CPU หยุดการดำเนินงานในปัจจุบันเปลี่ยนไปเคอร์เนลโหมดประหยัดรัฐเครื่อง(PC โหมดอื่น ๆ ) ในกองเคอร์เนล4 CPU อ่านอยู่จากตารางเวกเตอร์ดัชนีโดยขัดจังหวะจำนวนสาขาไปยังที่อยู่(โปรแกรมควบคุมอุปกรณ์อีเธอร์เน็ต) 5 โปรแกรมควบคุมอุปกรณ์อีเธอร์เน็ตกระบวนการแพ็คเก็ต (อ่านลงทะเบียนอุปกรณ์ที่จะหาแพ็คเก็ตในหน่วยความจำ) 6 เมื่อเสร็จสิ้นการบันทึกรัฐคืนจากสแต็คำถามขัดจังหวะ• Interrupts หยุดการดำเนินการของกระบวนการและการควบคุมการโอน(การดำเนินการ) ระบบปฏิบัติการ•สามารถระบบปฏิบัติการถูกขัดจังหวะ? (พิจารณาเหตุผลที่มีอาจจะเป็นระดับ IRQ แตกต่างกัน) • Interrupts จะถูกใช้โดยอุปกรณ์จะมีระบบปฏิบัติการทำสิ่ง•อะไรเป็นวิธีทางเลือกที่จะใช้การขัดจังหวะ? •อะไรคือข้อเสียของวิธีการที่? สถาปัตยกรรมแนวโน้มผลกระทบOS ออกแบบ•โปรเซสเซอร์•เดี่ยวหลักหลายหลัก•ระบบปฏิบัติการจะต้องดีกว่าจัดการพร้อมกัน•เครือข่าย•การแยกการเชื่อมต่อกับระบบLAN เพื่อ WAN •ระบบปฏิบัติการจะต้องทุ่มเทความพยายามมากขึ้นในการสื่อสาร•เชื่อมต่อไปยังสายไปไร้OS •ต้องจัดการการเชื่อมต่อมากขึ้น•แยกที่จะใช้ร่วมกันเพื่อโจมตี• ระบบปฏิบัติการจะต้องให้การรักษาความปลอดภัยมากขึ้น / การป้องกัน•โทรศัพท์มือถือ/ แบตเตอรี่ทำงาน•ระบบปฏิบัติการจะต้องให้ความสนใจกับการใช้พลังงานคุณอาจจะอาศัยอยู่ในที่น่าสนใจไทม์• Multicores •โทรศัพท์สมาร์ท•เทปdisksflashหน่วยความจำ .. • 3G, 4G .. 53 CS317 ระบบปฏิบัติการ•เมฆ•คอมพิวเตอร์Wearable •ความจริงเสมือน•อุปกรณ์จับการเคลื่อนไหว

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ขัดจังหวะ
-
- อะซิงโครนัสสัญญาณขัดจังหวะกิจกรรม I / O
-
ตัวขัดจังหวะฮาร์ดแวร์ฮาร์ดแวร์ - สองรสชาติของการขัดจังหวะ
- แม่นยำ : ถ่ายโอน CPU ควบคุมเฉพาะในขอบเขตการเรียนการสอน
- คลุมเครือ : ซีพียูโอนการควบคุมในช่วงกลางของการสอน

- มันหมายความว่ายังไง ?
- OS ออกแบบเช่นแม่นยำขัดจังหวะ CPU , นักออกแบบเช่น



มันคลุมเครือขัดจังหวะวิธีการค้นหารบกวนผู้ดูแล ? แผนที่
- ฮาร์ดแวร์ประเภทขัดจังหวะรบกวนหมายเลข
- OS ชุดขึ้นขัดจังหวะตารางหัวเรื่อง ( ไอดีที ) ที่บูต
- เรียกว่าขัดจังหวะเวกเตอร์
-
- ไอดีทีอยู่ในหน่วยความจำแต่ละรายการเป็นรบกวนผู้ดูแล
- OS ช่วยให้ฮาร์ดแวร์รู้ไอดีทีฐาน
- ฮาร์ดแวร์พบผู้ดูแลการขัดจังหวะเบอร์เป็นดัชนีลงในไอดีที

- ผู้ดูแล = ไอดีที [ ]



intr_number จับเวลา- เวลาเป็นสิ่งสำคัญสำหรับระบบปฏิบัติการ
- มันเป็นกลไก fallback ที่ OS ค้า

- การควบคุมมากกว่าเครื่องจับเวลาตั้งเพื่อสร้างขัดหลังจากระยะเวลา
- ตั้งค่าเวลาเป็นบริการการเรียนการสอน
สิทธิพิเศษเมื่อเวลาหมดอายุ , สร้างการขัดจังหวะ
- จัดการโดย kernel ซึ่ง การควบคุมพื้นฐานแต่ละบริบท
( OS ตารางเวลา ( เพิ่มเติมในภายหลัง . . . . . . . )
- ป้องกันอนันต์ห่วง
- OS สามารถฟื้นการควบคุมจากข้อผิดพลาดที่เป็นอันตรายหรือโปรแกรมที่พยายามที่จะแย่ง

- CPU ยังใช้สำหรับฟังก์ชั่นส่วนตัว ( เช่น sleep() )


I / O ควบคุม I / O
-
- มีปัญหาการทำ I / O
-
- I / O แบบ เป็น I / O
-
- หน่วยความจำที่แมปพิเศษใช้ I / O
- อุปกรณ์ทะเบียนในพื้นที่แมปที่อยู่
- เขียนที่อยู่จะส่งข้อมูลไปยังอุปกรณ์ I / O


I / O -
ขัดจังหวะความเป็นพื้นฐานสำหรับอุปกรณ์ I / O
- OS เริ่มต้น I / O
- อุปกรณ์ทำงานเป็นอิสระจากส่วนที่เหลือของอุปกรณ์แต่ละเครื่องรบกวนสัญญาณ
ส่ง CPU เมื่อเสร็จแล้ว
- OS รักษาตารางเวกเตอร์ที่มีรายชื่อที่อยู่ของเคอร์เนลตามปกติจัดการ

เหตุการณ์ต่างๆ - CPU ดูเมล็ดที่อยู่โดยดัชนีขัดจังหวะ
เลขที่บริบทสวิตช์รูทีน



I / O ตัวอย่าง1 . อีเธอร์เน็ตได้รับแพ็กเก็ต ที่เขียนลงในหน่วยความจำ
2 Ethernet สัญญาณขัดจังหวะ
3 CPU จะหยุดการทำงานปัจจุบัน สลับโหมดเคอร์เนล ประหยัด
สภาพเครื่อง ( PC , โหมด ฯลฯ ) ใน kernel stack
4 ซีพียูอ่านที่อยู่จากเวกเตอร์ตารางดัชนีโดยขัดจังหวะ
เลขที่ , สาขาที่อยู่ ( โปรแกรมควบคุมอุปกรณ์ Ethernet )
5 ไดรเวอร์อุปกรณ์แพ็คเก็ต Ethernet กระบวนการลงทะเบียน
( อ่านอุปกรณ์การค้นหาข้อมูลในหน่วยความจำ )
6 เมื่อเสร็จสมบูรณ์บันทึกสถานะจากกอง


รบกวนถาม
- ขัดจังหวะหยุดการดำเนินการของกระบวนการและการถ่ายโอนการควบคุม ( ปฏิบัติการ )

สามารถให้บริการระบบปฏิบัติการ OS ถูกขัดจังหวะ ? ( พิจารณาว่าทำไมมันอาจเป็นระดับที่แตกต่างกัน

I , Robot ) - ขัดจังหวะจะถูกใช้โดยอุปกรณ์ต้องมี OS ทำเรื่อง
-
อะไรคือทางเลือกที่จะใช้ขัดจังหวะ ?