操作系统中的中断与处理机调度原理

"该资源是关于操作系统中的中断与处理器调度的讲解，主要涵盖了中断系统、处理机调度、调度级别与多级调度以及实时调度的概念。适合于计算机科学的学习者和教师，提供了深入理解操作系统核心机制的素材。" 操作系统是计算机系统的核心部分，它管理着计算机的硬件资源，其中中断与处理器调度是两个关键机制。中断是计算机硬件与操作系统进行通信的重要方式，而处理器调度则是确保多任务环境下公平、高效执行任务的关键。 **中断与中断系统** 中断是指在CPU执行程序的过程中，由于外部或内部事件的发生，使得CPU暂停当前程序的执行，转而处理这些事件，然后恢复原程序执行的过程。中断系统由两部分组成：中断装置（硬件）和中断处理程序（软件）。中断装置负责识别中断源，按紧迫程度排队，并保存现场；中断处理程序则负责中断事件的具体处理。 **中断的概念** 中断可以分为强迫性中断和自愿性中断。强迫中断通常是运行程序不期望的，如硬件故障、时钟中断、IO中断等；自愿性中断是运行程序期望的，例如系统调用和访管指令。中断寄存器保存中断事件的相关信息，中断字是中断寄存器的内容，中断类型决定了中断处理的方式。中断向量包含了对应中断类型的处理程序的入口地址和运行环境，如PSW和PC，其内容在系统初始化时由操作系统设定。 **中断装置** 中断装置包括中断源和中断寄存器，中断源触发中断事件，中断寄存器保存中断事件的特征信息。中断装置会根据中断事件的紧迫程度决定中断处理的顺序。 **中断处理程序** 中断响应过程包括保存当前程序的状态，转到中断处理程序进行处理，处理完成后恢复现场并返回原程序。中断处理程序通常位于操作系统的内核部分，处理各种中断事件。 **处理机调度** 处理机调度是操作系统中的核心功能之一，它的目标是有效地分配CPU时间，确保系统中多个任务的公平性和响应速度。调度主要包括了作业调度、进程调度和线程调度等多个级别，根据不同场景选择合适的调度策略，如先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、时间片轮转等。 **调度级别与多级调度** 多级调度是指在不同层次上进行的任务调度，比如在作业层面进行的宏观调度，和在进程或线程层面的微观调度。这种机制能够灵活应对不同优先级和时限要求的任务，实现系统资源的优化利用。 **实时调度** 实时调度是针对那些有严格时间约束的任务，如控制系统或航空航天领域，需要保证在规定时间内完成特定操作。实时调度算法设计的目标是确保任务能够在规定的时限内获得CPU，满足实时性需求。 以上内容详细解释了操作系统中的中断机制和处理器调度原理，对于理解计算机系统的运行机制具有重要的理论价值和实践意义。