Interrupciones Sistemas Operativos

INTERRUPCIONES

Casi todos los computadores tienen un mecanismo mediante el cual otros módulos (E/S, memoria) pueden interrumpir la ejecución normal del procesador. La tabla 1.1 enumera las clases más comunes de interrupciones.

Las interrupciones aparecen, principalmente, como una vía para mejorar la eficiencia del procesamiento. Por ejemplo, la mayoría de los dispositivos externos son mucho más lentos

TABLA 1.1 Clases de Interrupciones

De programa Generadas por alguna condición que se produce como resultado de la ejecución de una instrucción, como el desbordamiento aritmético, la división por cero, el intento de ejecutar una instrucción ilegal de la máquina o una referencia a una zona de memoria fuera del espacio permitido al usuario.

De reloj Generadas por un reloj interno del procesador. Esto permite al sistema operativo llevar a cabo ciertas funciones con determinada regularidad.

De E/S Generadas por un controlador de E/S, para indicar que una operación ha terminado normalmente o para indicar diversas condiciones de error.

Por fallo del hardware Generadas por fallos tales como un corte de energía o un error de paridad de la memoria.

sora, utilizando un esquema para el ciclo de instrucción como el de la figura 1.2. Después de cada operación ESCRIBIR, el procesador hará una pausa y permanecerá desocupado hasta que la impresora se ponga al corriente. La duración de esta pausa puede ser del orden de va- rios cientos o incluso miles de ciclos de instrucción en los que la memoria no está implicada. Está claro que esto es un derroche en la utilización del procesador.

La figura 1 -5 a ilustra este estado de las cosas para la aplicación que se indica en el párrafo anterior. El programa de usuario lleva a cabo una serie de llamadas a ESCRIBIR, intercala- das con el procesamiento. Los segmentos de código 1, 2 y 3 se refieren a secuencias de ins- trucciones que no implican E/S. Las llamadas a ESCRIBIR son, en realidad, llamadas a un programa de E/S, que es una utilidad del sistema que llevará a cabo la operación concreta de E/S. El programa de E/S consta de tres secciones:

• Una secuencia de instrucciones, etiquetada con un 4 en la figura, de preparación para la operación concreta de E/S, Esto puede incluir la copia de los datos de salida hacia un buffer especial y preparar los parámetros de la orden del dispositivo.

La orden concreta de E/S. Sin el uso de interrupciones, una vez que se emita esta orden, el programa debe esperar a que el dispositivo de E/S lleve a cabo la función pedida. El programa puede esperar simplemente ejecutando de forma repetida una operación que compruebe si ya se realizó la E/S.

• Una secuencia de instrucciones, etiquetada con Un 5 en La figura, para completar la operación. Esto puede incluir la activación de un código de condición que indique el éxito o el fracaso de la operación.

Debido a que la operación de E/S puede tardar un tiempo relativamente grande en terminar, el programa de E/S puede quedar colgado esperando a que se complete la operación; así pues, el programa de usuario se detendrá por un tiempo considerable en el momento de la llamada a ESCRIBIR.

Las interrupciones y el ciclo de instrucción

Con las interrupciones, el procesador se puede dedicar a la ejecución de otras instrucciones mientras una operación de E/S está en proceso. Considérese el flujo de control de la figura 1 .5b. Al igual que antes, el programa de usuario alcanza un punto en el que hace una llamada al sistema en forma de una llamada ESCRIBIR. El programa de E/S que se invoca consta solo del código de preparación y de la orden concreta de E/S. Después de que se ejecuten estas pocas instrucciones, se devuelve el control al programa de usuario. Mientras tanto, el dispositivo externo estará ocupado recibiendo datos desde la memoria del computador e imprimiéndolos. Esta operación de E/S se lleva a cabo concurrentemente con la ejecución de las instrucciones del programa de usuario.

Cuando el dispositivo de E/S esté disponible, es decir, cuando esté preparado para aceptar más datos desde el procesador, el módulo de E/S de dicho dispositivo enviará una señal de solicitud de interrupción al procesador. El procesador responde suspendiendo la operación del programa en curso y saltando a un programa que da servicio al dispositivo de E/S en par-ticular, conocido como rutina de tratamiento de la interrupción (interrupt handler), reanu-dando la ejecución original después de haber atendido al dispositivo. En La figura 1 .5b, el instante en que se produce tal interrupción viene indicado con un asterisco (*).

Desde el punto de vista del programa de usuario, una interrupción es solamente eso: una interrupción de la secuencia normal de ejecución. Cuando el tratamiento de la interrupción se termina, la ejecución continúa (figura 1.6). Así pues, el programa de usuario no tiene que disponer de ningún código especial para dar cabida a las interrupciones; el procesador y el sistema operativo son los responsables de suspender el programa de usuario y reanudarlo después en el mismo punto.

Para dar cabida a las interrupciones, se añade un ciclo de interrupción al ciclo de instrucción, como se muestra en la figura 1.7. En el ciclo de interrupción, el procesador comprueba si ha ocurrido alguna interrupción, lo que se indicará con la presencia de una señal de interrupción. Si no hay interrupciones pendientes, el procesador sigue con el ciclo de lectura y trae la próxima instrucción del programa en curso. Si hay una interrupción pendiente, el procesador suspende la ejecución del programa en curso y ejecuta una rutina de tratamiento de la interrupción.

La rutina de tratamiento de la interrupción forma parte generalmente del sistema operativo. Normalmente este programa determina la naturaleza de la interrupción y realiza cuantas acciones sean necesarias. De hecho, en el ejemplo que se ha estado siguiendo, la rutina de tratamiento determina el módulo de E/S que generó la interrupción y puede saltar a un programa que escribirá más datos a dicho módulo. Cuando termina la rutina de tratamiento de la interrupción, el procesador puede reanudar la ejecución del programa de usuario en el punto en que sucedió la interrupción.

Está claro que hay cierta sobrecarga en este proceso. Se

...