Sistemas Operacionais. Interrupção e Exceção

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Linda Silva Godoi
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1 Sistemas Operacionais Interrupção e Exceção

2 Interrupção e Exceção Durante a execução de um programa podem ocorrer alguns eventos inesperados, ocasionando um desvio forçado no seu fluxo de execução. Estes tipos de eventos são conhecidos por interrupção ou exceção e podem ser conseqüência da sinalização de algum dispositivo de hardware externo ao processador ou da execução de instruções do próprio programa. A diferença entre interrupção e exceção é dada pelo tipo de evento ocorrido. A interrupção é o mecanismo que tornou possível a implementação da concorrência nos computadores, sendo o fundamento básico dos sistemas multiprogramáveis. É em função desse mecanismo que o sistema operacional sincroniza a execução de todas as suas rotinas e dos programas dos usuários, além de controlar dispositivos.

3 Interrupção e Exceção Uma interrupção é sempre gerada por algum evento externo ao programa e, nesse caso, independe da instrução que está sendo executada. Um exemplo de interrupção ocorre quando um dispositivo avisa ao processador que alguma operação de E/S está completa. Nesse caso, o processador deve interromper o programa para tratar o término da operação. Ao final da execução de cada instrução, a unidade de controle verifica a ocorrência de algum tipo de interrupção. Nesse caso, o programa em execução é interrompido e o controle desviado para uma rotina responsável por tratar o evento ocorrido, denominada rotina de tratamento de interrupção. Para que o programa possa posteriormente voltar a ser executado, é necessário que, no momento da interrupção, um conjunto de informações sobre a sua execução seja preservado. Essas informações consistem no conteúdo de registradores, que deverão ser restaurados para a continuação do programa.

4 Interrupção e Exceção Aplicação Salva o conteúdo dos registradores na pilha de controle Rotina de Tratamento Interrupção ou Exceção Identifica a origem da interrupção Obtém o endereço da rotina de tratamento Restaura o conteúdo dos registradores

5 Interrupção e Exceção Passos realizados após um pedido de interrupção ser aceito Via Hardware Via Software 1. Um sinal de interrupção é gerado para o processador; 2. Após o término da execução da instrução corrente, o processador identifica o pedido de interrupção; 3. Os conteúdos dos registradores PC e de status são salvos; 4. O processador identifica qual a rotina de tratamento que será executada e carrega o PC com o endereço inicial desta rotina; 5. A rotina de tratamento salva o conteúdo dos demais registradores do processador na pilha de controle do programa; 6. A rotina de tratamento é executada; 7. Após o término da execução da rotina de tratamento, os registradores de uso geral são restaurados, além do registrador de status e o PC, retornando à execução do programa interrompido.

6 Interrupção e Exceção Para cada tipo de interrupção existe uma rotina de tratamento associada, para a qual o fluxo de execução deve ser desviado. A identificação do tipo de evento ocorrido é fundamental para determinar o endereço da rotina de tratamento. No momento da ocorrência de uma interrupção, o processador deve saber para qual rotina de tratamento deve ser desviado o fluxo de execução. O principal método utiliza uma estrutura de dados chamada vetor de interrupção, que contém o endereço inicial de todas as rotinas de tratamento existentes associadas a cada tipo de evento. Uma exceção é semelhante a uma interrupção, sendo a principal diferença o motivo pelo qual o evento é gerado. A exceção é resultado direto da execução de uma instrução do próprio programa, como a divisão de um número por zero, ou um overflow em uma operação aritmética.

7 Operações de Entrada e Saída Existem três maneira básicas de executar operações de Entrada e Saída. Entrada e Saída controlada por programa. Nesta técnica, o processador sincronizava-se com o periférico para o início da transferência de dados. Após iniciada a transferência, o sistema ficava permanentemente testando o estado do periférico para saber quando a operação chegaria ao seu final. este controle mantinha o processador ocupado até o término da operação de E/S. Como o processador executa uma instrução muito mais rapidamente que a realização de uma operação de E/S, havia um enorme desperdício de tempo da CPU.

8 Operações de Entrada e Saída Entrada e Saída controlada por interrupção. Com a implementação do mecanismo de interrupção, as operações de E/S puderam ser realizadas de uma forma mais eficiente. Neste caso, o controlador interromperia o processador para avisar do término da operação de E/S. Com este mecanismo, o processador, após a execução de um comando de leitura ou gravação, permanece livre para o processamento de outras tarefas. O controlador por sua vez, ao receber um sinal de leitura fica encarregado de ler os blocos do disco e armazená-los em memória ou registradores próprios. Em seguida, o controlador sinaliza uma interrupção ao processador. Quando o processador atende à interrupção, a rotina responsável pelo tratamento transfere os dados dos registradores do controlador para a memória principal. Ao término da transferência, o processador pode voltar a executar o programa interrompido e o controlador fica novamente disponível para outra operação.

9 Operações de Entrada e Saída Entrada e Saída controlada por DMA. Esta técnica permite que um bloco de dados seja transferido entre a memória principal e dispositivos de E/S sem a intervenção do processador, exceto no início e no final da transferência. Quando o sistema deseja ler ou gravar um bloco de dados, o processador informa ao controlador sua localização, o dispositivo de E/S, a posição inicial da memória de onde os dados serão lidos ou gravados e o tamanho do bloco. Com estas informações, o controlador de DMA realiza a transferência entre o periférico e a memória principal, e o processador é somente interrompido no final da operação. A área de memória utilizada pelo controlador de DMA é chamada de buffer de entrada e saída. No momento em que uma transferência de dados através da técnica de DMA é realizada, o controlador deve assumir, momentaneamente, o controle do barramento. Como a utilização do barramento é exclusiva de um dispositivo, o processador deve suspender o acesso ao barramento, temporariamente, durante a operação de transferência. Este procedimento não gera uma interrupção, e o processador pode realizar tarefas, desde que sem a utilização do barramento, como um acesso à memória cache.

10 Canal de E/S o Introduzido pela IBM no sistema 7094 o Canal de E/S é um processador com capacidade de executar programas de E/S e controle total dos dispositivos o Instruções de E/S armazenadas na MP ou no canal de E/S, porém executadas pelo canal de E/S Processador instrui o canal de E/S a executar um programa de canal, responsável por especificar dispositivos, buffers e ações Ao final da transferência, gera interrupção o Pode controlar múltiplos dispositivos de E/S

11 Canal de E/S UCP Memória Principal Canal de E/ S Controlador Controlador Dispositivos de E/ S Dispositivos de E/ S

12 Buffering o Consiste em utilizar uma área na memória principal para transferência de dados entre dispositivos de E/S e a MP o Numa operação de leitura do dispositivo: Dado é transferido para buffer sem onerar o processador, dispositivo fica liberado após conclusão o Numa operação de gravação p/o dispositivo: Dado é escrito rapidamente no buffer, liberando o processador para outras atividades enquanto este é gravado no dispositivo.

13 Buffering Memória Principal UCP gravação Buffer gravação Controlador leitura leitura

14 Buffering o Unidade de transferência é o registro, cujo tamanho depende do tipo de dispositivo Vários registros podem ser armazenados num buffer Buffer conterá dados lidos mas ainda não processados, ou dados processados mas ainda não gravados o Buffering minimiza problemas decorrentes da disparidade de velocidades, compatibilizando tempos de acesso de maneira que processador e dispositivo de E/S não fiquem ociosos

submetido para impressão vai para o arquivo de spool, liberando o programa de origem o

15 Spooling o Simultaneous Peripheral Operation On-line, introduzido no fim dos anos 1950 o Técnica usa uma área do disco (arquivo) para buffering de impressão o Tudo que é submetido para impressão vai para o arquivo de spool, liberando o programa de origem o SO é quem gerencia os jobs de impressão Sistema Operacional Programa Arquivo de Spool Impressora

16 Reentrância usuário A usuário C usuário B código reentrante área de dados do usuário A usuário D área de dados do usuário B área de dados do usuário C área de dados do usuário D Memória Principal

17 Proteção do Sistema o SO deve garantir a confiabilidade e a integridade dos programas e dados dos usuários, além do próprio SO Cada programa possui uma área reservada para código e outra para dados que devem ser preservadas durante sua execução Idem para o SO em si Arquivos também devem ter sua integridade garantida quando acessados por múltiplos programas e/ ou múltiplos usuários Recursos não devem ser monopolizados

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