os-05

割込み（１）
オペレーティングシステム
第５回
今回の内容




割込みとは
割込みにより可能になること
割込みの分類
割込み処理
 多重レベル割込み
 割込み禁止
割込みとは（１）
割込み発生





プログラムの実行中に
事象（event 割込み要因）が発生
 プログラムとは直接関係なく起こる場合（非同
期的という）
 プログラムのエラーなどにより起こる場合
割込み処理
現在，実行中のプログラムを中断
発生した事象を処理する別のプログラムを実行
中断したプログラム（別のプログラムの場合もあ
る）の実行を再開する仕組み
プログラムが２つある！
割込みとは（２）

プログラムと割込み処理プログラムの関係
元のプログラムは，
我々が使うもの
“割込み”を考慮せず
に作ることができる
コンテクスト
スイッチ
割込み処理
プログラム
実行開始
元のプログラム
再開
コンテクスト
スイッチ
割込みにより




CPUと入出力装置の同時実行
複数のプログラムの同時実行（TSS）
障害時の適切な処理
現在のコンピュータを特徴づける機構
 初期のコンピュータにはなかった
割込みの例？
①
②
③
④
人と雑談中
電話がかかってくる
話を中断して，電話にでる
電話終了後，話を再開
電話による
割込み
割込みの分類


（補足あり）
外部割込み
 実行中のプログラムに原因がないもの
 入出力装置の動作終了
 時間の経過（タイマ割込み）
内部割込み
 実行中のプログラムに原因があるもの
 演算異常（ゼロで割ろうとするなど）
 割込みを発生させる命令の実行
割込み処理の概要（１）



事象発生
割込み処理プログラム開始
 元のプログラムを再開できるために必要な情
報を保存
割込み処理プログラム終了・元のプログラム再
開（別のプログラムの場合も）
割込み処理の概要（２）

事象はいくつかある
① ひとつの割込み処理プログラムで処理
② 事象ごとに割込み処理プログラムを用意
割込み処理の概要（３）

①の場合
窓口がひとつしかない！
割込み処理の概要（４）

②の場合
窓口が分かれている
多重レベル割込み

割込み処理には，優先度がある
多重レベル割込みの例？
① 雑談中の電話
② 電話中に非常ベル
③ 電話を中断して，非常ベルに対処
“電話割込み”より，
“非常ベル割込み”の方が
優先度が高い
多重レベル割込み

①
②
③
④
⑤

事象により，処理の優先度に差
事象Aの処理中
より優先度の高いBという事象が発生
Aの処理を中断し，Bの処理を先に行う
Bの処理終了後，Aの処理を再開
Aの終了後，Aに割り込まれたプログラムを再
開
割込み処理プログラムに，割り込むことができ
る → 多重レベル割込み
割込み禁止
常に割込み処理を
行うわけではない
割込み禁止の例（１）？

雑談中に非常ベル

雑談を中断して非常ベルに対処

その最中に電話

電話は無視する
優先度の高い“非常ベル
割込み”の処理中には，
“電話割込み”の処理は行
わない
割込み禁止の例（２）？

講義の開始時に“電話割込み”を禁止

講義中に電話

電話割込み処理は行わない（電話にはでない）

講義が終了したら，“電話割込み”を許可
もし，まだ電話の呼出しが続いていたら…
割込み禁止（１）



優先度の高い事象Bを処理中
優先度の低い事象A発生
Aの処理は，Bの終了まで待たされる
事象が発生しても，
常に割込み処理が行われる
わけではない
先送りされる場合がある
割込み禁止（２－１）

通常の処理中であっても，割込みで中断すると
困る場合がある
 プロセス1で，“a = a + 1”という処理
 プロセス2で，“a = a - 1”という処理
 最初の a の値が 3 とする
 プロセス1→2でも，2→1でも，a の値は 3 とな
る
割込み禁止（２－２）

プロセス1は次のよう
な部分を含む
 LD
GR1，A
 ADD GR1，C1
 ST
GR1，A

Aは，二つのプロセ
スからアクセスする

プロセス2は，次のよ
うな部分を含む
 LD
GR2，A
 SUB GR2，C1
 ST
GR2，A

C1には，定数1が
格納されている（二
つのプロセスから
アクセスする）
割込み禁止（２－３）

TSSでプロセス1とプロセス2を処理
 プロセス1の途中で，タイムスライスだけ時間
が経過すると，タイマ割込みにより，プロセス2
を実行する
 割込みのタイミングが問題になることも（次の
例）
ここで割込みが発生し，
実行中のプロセスが１から２，
２から１に変わるものとする
割込み禁止（２－４）

①
③
プロセス1
 LD
GR1，A
 ADD GR1，C1
 ST
GR1，A

プロセス2
 LD
GR2，A
 SUB GR2，C1
 ST
GR2，A
②
① GR1 は 4，ただし A は3のまま
② GR2 は 2，それを Aに格納
A は 3 なのに，
③ GR1 の 4を Aに格納
4 になってしまう
割込み禁止（２－５）


プロセス1
 LD
GR1，A
 ADD GR1，C1
 ST
GR1，A

プロセス2
 LD
GR2，A
 SUB GR2，C1
 ST
GR2，A
同じデータを変更する，三つの命令の途中
では，割込み禁止にする
 三つの命令を，一つの命令のように実行
する
割込み禁止（３）



事象ごとに割込みマスクを用意
ある割込みマスクがオフ
 その事象が発生しても，その処理プログラム
の実行を始めない
 すなわち，現在処理中のプログラムに割り込
まない
割込み禁止
割込み禁止（４）

事象が発生しても，割込み処理を行わない
 高い優先度の割込み処理中
 割込みマスクがオフ
“割込み禁止”できない例？

講義中に非常ベル

いかなることがあっても講義を中断


“非常ベル割込み”の割込みマスクをオフにする
ことはできない
割込みには，割込み禁止にできないものがある
補足(１)




（文献3 p.335）
実行中のプログラ
ムに原因がない
外部割込みの例
Ｉ／Ｏ（入出力）
 入出力装置の処理終了または要求
タイマ
 一定時間の経過をCPUに知らせる
マシンチェック
 ハードウェアシステムの異常
補足(２)



実行中のプログラ
ムに原因がある
内部割込みの例（１）
演算例外
 浮動小数点演算でのオーバフロー，零除算な
ど
命令コード異常
 存在しない命令，形式の不当な命令の実行
割込み処理プログラムでエラー処理を行う
補足(３)



内部割込みの例（２）
ページフォールト
 仮想記憶管理における存在しないページへの
アクセス（詳細は記憶管理のところで）
 仮想記憶は後述
トレース
 システムデバッグのため命令実行ごとに生じ
る
補足(４)



内部割込みの例（３）
特権命令違反
 システム管理命令を一般ユーザモードで実行
割出し（トラップ）
 一般の利用者が実行できないことをOSに依
頼（する命令の実行－システムコール）
 プログラマが意識的に発生させる割込み
補足(５)
TSSの実現の概要
① タイマにある時間を設定
② プログラムAを実行
③ タイマに設定した時間が経過

割込みが発生（プログラムAを中断）

補足(６)
④ タイマにある時間を設定
⑤ プログラムBを実行
⑥ タイマに設定した時間が経過

割込みが発生（プログラムBを中断）
⑦ タイマにある時間を設定
⑧ プログラムAを中断したところから再開

以下同様。
まとめ
まとめ（１）


割込みとは
 事象が発生
 現在，実行中のプログラムを中断
 事象の処理
 中断したプログラムを再開
プログラムの実行中に，発生したことを先に処理
 プログラムは，そのことを考えずに作ることが
できる
割込みは，いつ何が起きるか分からない（除く割出し）
そのことを予想して，プログラムを作ることは困難
（実はできる → 次回）
割込みとは（２）再

プログラムと割込み処理プログラムの関係
元のプログラムは，
“割込み”を考慮せず
に作ることができる
まとめ（２）


割込みで可能になること
割込みのレベルと割込み禁止
 多重レベル割込み（優先度）
 割込みが禁止される場合
まとめ（３）

割込み（事象）の分類
 外部割込み
 内部割込み

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