割 込 み（１） オペレーティングシステム 第５回 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） 元のプログラムは， プログラムと割込み処理プログラムの関係 “割込み”を考慮せず に作ることが可能 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 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 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”のマスクをオフ 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，マスクをオン 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） 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（３） 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（４） 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 禁 止（５） 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（６） 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 割 込 み 禁 止（７） 事象ごとに割込みマスク（ビット） 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（８） 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 （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 割込みのメリット ま と め （２） 事象が発生すれば，常に割込み発生か 優先度の違い 状況により 割込みが禁止される場合がある 割込み（事象）の分類 外部割込み 内部割込み
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