割込み（2）

割込み（２）
オペレーティングシステム
第６回
今回の内容


前回の復習
割込み処理の具体例
 印刷処理
復習（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 → 次回今回）
復習（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，
“割込み”を考慮せず
に作ることができる
復習（３）


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
復習（４）

割込み（事象）の分類
 外部割込み
 内部割込み
TSSの実現
簡単に
TSSの実現（１）


プログラム1（pro-1）とプログラム2（pro-2）をTSS
で実行する
既に実行が始まっているものとする

pro-1とpro-2が交互に実行
TSSの実現（２）




タイマーにある時間を設定
pro-1を実行
設定した時間経過するとタイマー割込みが発生
pro-1を中断して，タイマー割込み処理プログラ
ムを実行
TSSの実現（３）

割込み処理プログラム
 中断したpro-1の状態（コンテクスト）を保存
 中断中のpro-2の状態（コンテクスト）を設定
 タイマーにある時間を設定
 pro-2を再開
TSSの実現（４）



設定した時間が経過
タイマー割込み発生
割込み処理プログラム開始
TSSの実現（５）


割込み処理プログラム
 中断したpro-2の状態を保存
 中断中のpro-1の状態を設定
 タイマーにある時間を設定
 pro-1を再開
というように，pro-1とpro-2を交互に実行
障害対応（１）



例えば，除数が0の割算
何らかの誤りがあるわけで，その先を実行するこ
とはムダ
除数が0の場合，“演算例外”の割込みが発生
障害対応（２）

演算例外の割込み処理プログラム
 対象プログラムの実行を打ち切る処理

場合により，除数を変更し，除算をやり直す，
ということもありうる
例題記述の準備
プログラムの記述（１）

制御プログラムを記述する言語
 Ｃの一部
プログラムの記述（２）

a=b;
 b（一般に式）の値を計算して，
変数aに格納する
プログラムの記述（３）

if (条件) { … }

条件が成立する（真）場合のみ，
{ … }の部分を実行する


条件 a = = b
aとbが等しいか？
条件 c
cが真か？（cが正しいか？）
プログラムの記述（３）


while (条件) { … }
①条件を調べる
②成立する場合は，{ … }を実行してから①に戻
る
③成立しない場合は，この先に進む
条件が成立する間（正しい間），
{ … }を繰り返し実行する
割込み処理の例
ちょっと難しいかも知れないが，
雰囲気は分かって欲しい
印刷処理
プリンタの制御
 想定するプリンタ
CPUがプリンタの速度に合わせると効率が悪くなる
 1文字ずつ印字
 現在あるかどうかは不明
割込みで，どのようにこのギャップを埋めるのか！？
 過去にはあった（使ったことがある）


プリンタの印字速度は遅いが，CPUの計算速度
は速い
プリンタの使い方



プログラムから，印字する1文字分のデータ（文
字コード）をプリンタに送る
プリンタに，（先に送ったデータの）印字開始を指
示する
 印字終了までに時間がかかる！
注意
プリンタが印字動作中に印字データを送ることは
できない（送っても無視される）
プリンタの制御命令（１）

send(data)

プリンタにdata（データ，印字する文字の文
字コード）を送る手続き
プリンタの制御命令（２）

start( )

プリンタに既に送ってあるデータの印字を開
始させる手続き

印字には時間がかかるが，その終了を
待たずに手続きの呼び出し元に戻る
startの次を実行しているときは，
まだ印字中である
プリンタの制御命令（３）

busy( )

プリンタが動作中，つまり印字中ならYES，
そうでないならNO
を返す，プリンタの状態を調べるための関数

プリンタは動作中にsendでデータを送られて
も受け取ることができないので，この関数で
状態をチェックする
割込みを用いないプログラム
印字データを用意
send(data);
start( );
while( busy( )==YES ) { ; }
印字データをプ
リンタに送る
このような部分が，
プログラム中に
たくさんある！
次の印字データ用意
プリンタがbusyの間（印字中
以下同様の間），何もしないことを繰り
返す（印字の終了を待つ）
印字終了後，先に進む
start終了直後は，
プリンタは印字動作
中
プログラムとプリンタの動作
while( busy( )==YES ) { ; }

プリンタの動作中は，プログラムの実行が実質上止まる
割込みの利用（１）

印字終了で，プリンタが割込みをかけられる
 外部割込み
 “プリンタの印字終了”という事象により，割込
み発生
 利用者プログラムを中断
 割込み処理プログラムの実行
 その終了後，中断していた利用者プログラム
を再開
bufferが“空”かどうか
割込みの利用（２）
YESなら“空”又は“プリンタに送付済みのデータ”，
NOなら“プリンタに未送付のデータ”



２つのプログラムから読み書きできる変数
empty：YESまたはNO（初期値はYES）
buffer：印字データを一時的に格納
emptyがNOであったら，
何もしないことを繰り返し続ける。
割込みの利用（３）
そのうちにemptyがYESになり，先
に進む
利用者プログラム
印字データを用意
while(empty = = NO) { ; }
buffer = data; empty = NO;
if(busy( )==NO) {
send(buffer);
start( );
empty = YES;
}

プリンタが印字中でな
ければ …
プリンタは動作中であるが，
プログラムは先に進む
割込みの利用（４）

プログラム中に，
青枠部分がたくさんあ
る
１文字目
２文字目
３文字目
割込みの利用（５）

割込み処理プログラム（利用者プログラムとは全
く別のところにある – OSの一部)
if(empty = = NO) {
send(buffer);
start( );
empty = YES;
}
割込みの利用（６）

以降，１文字目，２文字目と順に印字することを
追いかける
割込みの利用（７）
利用者プログラム
while(empty = = NO) { ; }
buffer = data; empty = NO;
if(busy( )==NO) {
send(buffer);
start( );
empty = YES;
}
１文字目が用意できた
empty は YES
印字データをbufferに
emptyをNOに
プリンタは動作中でないから，
busyではない
bufferのデータを送り，
プリンタをスタート
emptyをYESに
２文字目の用意を始める
（プリンタは印字中）
割込みの利用（８）
プリンタが１文字目を印字中に，
２文字目の用意ができたとする
割込みの利用（９）
利用者プログラム
while(empty = = NO) { ; }
buffer = data; empty = NO;
if(busy( )==NO) {
send(buffer);
start( );
empty = YES;
}
２文字目が用意できた
empty は YES
印字データをbufferに
emptyをNOに
プリンタは動作中なので，
実行しない
２文字目はbufferに入れたまま，
３文字目の用意
（プリンタは１文字目を印字中）
割込みの利用（１０）
１文字目の印字
終了の割込み
割込みの利用（１１）
if(empty = = NO) {
send(buffer);
start( );
empty = YES;
}
割込み処理プログラム
emptyはNO
buffer中のデータ（２文字目）を
プリンタに送る
プリンタをスタート
emptyをYESに
３文字目を用意している
割り込まれたプログラムを再開
割込みの利用（１２）
割込みなし
割込みあり
CPU（プログラム）とプリンタが同時に動作
効率がよくなる
一言でまとめると



CPU→プリンタ→CPU→プリンタ→…
と交互に動作するのではなく，
プリンタの動作中も，CPUは動作することにより，
CPUを無駄なく使う
 CPUと入出力装置の同時実行
実際には，この例のようにならないこともある（多
い）
プログラムとプリンタの動作再
while( busy( )==YES ) { ; }
プリンタの印字終了と言う事象を待つ
事象の発生を監視するという割込み処理みたいなこと
割込みという機能がないと，同様なことを
利用者のプログラムで行うことになる

プリンタの動作中は，プログラムの実行が実質上止まる
補足
とりあえず，今までのことを理解して欲しい
補足（１）

何文字目かの印字データが用意できたとき
emptyがNOであったらどうなるか？
 buffer中に，直前の文字
 さらにその前の文字をプリンタが印字中
 つまり，印字される文字がたまってしまってい
る
そのうちに，印字終了の
 実際には，このような状態になることがほと
割込みが発生する！
んどである
補足（２）
emptyがNOなので，ここで待つ！
while(empty = = NO) { ; }
buffer = data; empty =
NO;
if(busy( )==NO) {
send(buffer);
start( );
empty = YES;
}
そのうちに，印字終了割込
みが発生する
if(empty = = NO) {
send(buffer);
start( );
empty = YES;
}
emptyがYESになる
補足（３）



bufferを配列

参照補足（１）
利用者プログラム中の印字関係の部分を手続
きにする
割込み禁止部分が必要
補足（４）

割込みを用いないプログラムの変更
印字データdata用意
while( busy( )==YES ) { ; }
send(data);
start( );
まとめ

割込みのメリットのひとつ
 CPUと周辺機器の動作速度に差
 CPUが周辺機器につきあっていると効率が悪
い
 CPUは周辺機器に命令を出し，周辺機器の動
作終了を待たず先に進む
 周辺機器は動作終了を割込みによりCPUに
通知
次回



割込み発生のタイミングにより，正しく処理できな
くなる場合がある
クリティカルレース
際どい部分(クリティカルセクション）

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