sono forniti di un sistema operativo più o meno complesso; i programmi d utente (o programmi del sistema, ma lo fanno attraverso il sistema

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1 Principi di architetture dei calcolatori: elementi di sistemi operativi Mariagiovanna Sami

2 Il sistema operativo Sistema Operativo (OS, Operating System): ) è il software che controlla l esecuzione dei programmi e gestisce le risorse del processore. Per l esecuzione efficiente di molte sue funzioni è opportuno che sia presente un supporto hardware. Oggi praticamente tutti i sistemi di elaborazione sono forniti di un sistema operativo più o meno complesso; i programmi d utente (o programmi applicativi ) i ) non gestiscono direttamente t le risorse del sistema, ma lo fanno attraverso il sistema operativo. 2

3 Il sistema operativo Sistema Operativo: costituisce la parte essenziale del cosiddetto software di sistema (o di base ). Non svolge funzioni applicative, ma costituisce un supporto per i programmi applicativi; i Scopo sostanziale: rendere più conveniente l uso del calcolatore e garantire l utilizzo efficiente delle sue risorse. Fra i suoi compiti principali: la gestione della memoria e la schedulazione (scheduling) dei processi, cioè la determinazione di quale processo debba essere eseguito in un determinato istante. 3

4 Il sistema operativo Si schematizza l insieme di hardware e software di un calcolatore secondo una gerarchia: Utente finale Programmatore Programmi applicativi i Utility Progettista del sistema operativo Sistema operativo Hardware 4

5 Il sistema operativo L utente finale in genere vede il sistema di elaborazione come una applicazione, sviluppata da un programmatore in un opportuno linguaggio gg di programmazione; Programmi di utility : implementano funzioni usate frequentemente nella creazione di programmi (es., gestione di files, controllo dei dispositivi di I/O...) un programmatore può nella stesura del suo programma invocare le utilities per realizzare tale funzioni; Il sistema operativo maschera al programmatore i dettagli dello hardware e gli fornisce un interfaccia per utilizzare il sistema di elaborazione. 5

6 Il sistema operativo Il sistema operativo fornisce servizi: Nella creazione di programmi es., consentendo l uso di editor, debugger, etc. cioè di utilities messe a disposizione dal S.O. Nella esecuzione dei programmi, supportando il caricamento di istruzioni e dati in RAM, l inizializzazione di dispositivi di I/O e di files, etc.; Nell accesso ai dispositivi di I/O: a ognuno di tali dispositivi sono associati segnali di controllo e insiemi di istruzioni: mediante opportuni programmi (driver) il sistema operativo se ne fa carico, in modo che il programmatore acceda ai dispositivi con semplici istruzioni di lettura e scrittura (che in realtà invocheranno l intervento t del sistema operativo); 6

7 Il sistema operativo Il sistema operativo fornisce servizi inoltre: Nell accesso controllato ai files: il sistema operativo si fa carico dei dettagli relativi al formato, ai meccanismi di protezione, etc.; Nell accesso al sistema di elaborazione: nei sistemi attuali, in genere il sistema di elaborazione è condiviso i fra più applicazioni l utente lancia più programmi applicativi ed ha l impressione di una esecuzione parallela delle applicazioni stesse, che in realtà si condividono le risorse del sistema. Il S.O. deve garantire la corretta esecuzione e condivisione delle risorse e dei dati; 7

8 Il sistema operativo Il sistema operativo fornisce servizi inoltre: Per il rilevamento e la gestione degli errori: durante il funzionamento del sistema possono presentarsi errori siano essi provocati da guasti o malfunzionamenti dello hardware oppure errori che si presentano nell esecuzione di un programma (es., il tentativo di dividere un numero per zero). Il sistema operativo deve gestire opportunamente tali casi;... e anche per contabilità (accounting) generando statistiche sull uso delle risorse etc. 8

9 Il sistema operativo Di fatto, anche il sistema operativo non è altro che un programma eseguito dal sistema di elaborazione: di norma ha però il potere di accedere alle risorse del sistema in una modalità privilegiata ( modo di sistema ) che consente l uso di particolari istruzioni privilegiate (tipicamente, ma non solo, le istruzioni di I/O). 9

10 Programmazione di sistema e chiamate di sistema Con programmazione di sistema si intendono le tecniche utilizzate nella scrittura di programmi utente che interagiscono strettamente con il sistema operativo e che utilizzano i servizi messi a disposizione da quest ultimo ultimo richiamandoli mediante chiamate di sistema (system call). Le chiamate di sistema sono divise nelle seguenti principali categorie: gestione dei processi; segnalazioni; i gestione di file; gestione di direttori e di file system; protezione; gestione di ora e data. 10

11 Aspetti generali relativi ai processi Processo è un programma in esecuzione, dotato di: Uno spazio di indirizzamento virtuale (*) () ove mantenere l insieme di programmi, dati, pila e attributi che lo definiscono; in particolare, un processo è dotato di un contesto costituito dai dati di controllo, dai registri i e dalle altre informazioni i i che lo caratterizzano. Uno stato di esecuzione un processo può essere attivo (running) ma anche pronto e in attesa di esecuzione, etc. (si veda più avanti); * Il concetto di spazio virtuale verrà approfondito più avanti; per il momento, lo si veda come uno spazio proprio del singolo processo come se questo fosse compilato e caricato in modo del tutto indipendente dagli altri. 11

12 Aspetti generali relativi ai processi Ogni processo è identificato in modo univoco da un suo identificatore detto PID (Process IDentifier) Tutti i processi sono creati da altri processi e quindi hanno un processo padre (unica eccezione: il processo "init", primo processo creato all'avviamento del SO, che non ha un processo padre) 12

13 Aspetti generali relativi ai processi Dal punto di vista del programmatore di sistema, la memoria di lavoro associata ad un processo può essere vista come costituita da tre segmenti: segmento codice (text segment): contiene il codice eseguibile del programma segmento dati (user data segment): contiene tutte le variabili del programma (globali o statiche, locali allocate su stack, create dinamicamente dal programma tramite malloc()) segmento di sistema (system data segment): contiene i dati non gestiti esplicitamente dal programma in esecuzione, ma dal S.O (ad esempio, la "tabella dei file aperti") 13

14 Operazioni sui processi Le principali system call per la gestione dei processi consentono di: generare un processo figlio (child o anche slave) copia del processo padre (parent o anche master) in esecuzione; terminare un processo figlio (restituendo un codice al processo padre); attendere la terminazione di un processo figlio; sostituire il codice di un processo in esecuzione,, cioè sostituire il programma eseguito da un processo. 14

15 Operazioni sui processi Un processo figlio F può a sua volta generare un ulteriore processo figlio N. Si stabilisce così una gerarchia di processi. Padre P Figlio F1 Figlio F2 Figlio N11 Figlio N12 Figlio N2 P è padre di F1 e F2 F1 è padre di N11 e N12 F2 è padre di N2 15

16 Il sistema operativo Nelle architetture basate essenzialmente sullo schema di Von Neumann, il programma eseguibile è rigorosamente sequenziale (si esegue un istruzione per volta e si determina in modo univoco quale istruzione seguirà quella appena eseguita); Nel modello di esecuzione sequenziale, l'esecuzione di N programmi deve avvenire anch essa rigorosamente in sequenza: una volta eseguita la prima istruzione del programma iesimo, si devono eseguire tutte le istruzioni successive dello stesso programma, fino alla fine, prima di passare all esecuzione del programma successivo. 16

17 Il sistema operativo Questo garantisce che non possano esistere interferenze nell'esecuzione dei vari programmi ciò facilita il compito al programmatore, ma Modello di esecuzione sequenziale: poco adatto alle esigenze della maggior parte dei sistemi di calcolo moderni: ad esempio: Un server (es., server WEB) deve rispondere a molti utenti contemporaneamente non si può accettare che un utente debba attendere che tutti gli altri che lo hanno preceduto si siano già scollegati prima di essere servito! 17

18 Il sistema operativo I calcolatori potenti sono di norma calcolatori multiutente compaiono le stesse esigenze appena citate; Anche sul calcolatore con un singolo utente vengono aperte più applicazioni i i contemporaneamente t più programmi sono simultaneamente in esecuzione (su un PC, ma anche su uno smart phone!); Un sistema embedded deve rispondere a eventi generati da più dispositivi di ingresso/uscita (ad es., sensori...) totalmente asincroni l uno rispetto all altro: di fatto, deve gestire più programmi diversi contemporaneamente. Concludendo: 18

19 Il sistema operativo Nella maggior parte dei sistemi di calcolo moderni si presenta la necessità di esecuzione parallela di più programmi anche là dove è presente un solo processore Conseguenza: occorre: Fornire parallelismo l esecuzione di un programma può avvenire senza attendere che tutti gli altri programmi in esecuzione siano terminati, ti ma al tempo stesso Garantire che ogni programma in esecuzione venga eseguito esattamente come se i programmi venissero eseguiti in sequenza (fornendo cioè gli stessi risultati). 19

20 Il S.O. come creatore di parallelismo Modello di esecuzione parallela Garanzia di soddisfacimento di due obiettivi contrastanti parallelismo virtualizzazione del sistema di calcolo (esecuzione senza interferenze) gli obiettivi vengono soddisfatti tramite la creazione dinamica di tanti ESECUTORI quanti sono i programmi da eseguire in parallelo Gli esecutori creati dinamicamente sono i processi Un processo è un esecutore completo Il Sistema Operativo è in grado di creare processi indipendenti e rende disponibili al programmatore delle System Calls che permettono di creare ed eliminare i processi. 20

21 Virtualizzazione delle risorse di calcolo Il sistema operativo gestisce eventuali conflitti di accesso contemporaneo alle risorse reali condivise, creando delle risorse virtuali e accodando i processi richiedenti Accesso a periferiche condivise da più processi il codice eseguibile di un programma non può contenere istruzioni che accedano direttamente a periferica ma deve utilizzare delle system call che attivano opportuni servizi di sistema (v. implementazione delle librerie di Ingresso/Uscita del C) 21

22 Il sistema operativo Funzioni del sistema operativo: mettere a disposizione di ogni applicazione attiva una macchina virtuale capace di eseguire i comandi forniti dall'utente, utilizzando senza interferenze per tutte le applicazioni attive una sola macchina reale di livello di astrazione inferiore; mettere a disposizione del software applicativo (e quindi del programmatore) un insieme di servizi di sistema, invocabili tramite chiamate di sistema (system call) controllare le risorse fisiche del sistema e creare parallelismo 22

23 I processi dal punto di vista del programmatore Programma 1 Programma 2 Programma 3 Istruzioni Istruzioni Istruzioni Processo 1 Processo 2 Processo 3 (esecutore) (esecutore) (esecutore) Creazione dei processi HARDWARE + SO 23

24 Virtualizzazione delle risorse di calcolo Nello schema precedente: Diversi processi eseguono diversi programmi in modo parallelo I diversi processi sono reciprocamente indipendenti (come se fossero eseguiti su calcolatori diversi) quindi non c è interferenza. I processi possono essere visti come macchine virtuali, realizzate dal software (il S.O.) e non esistenti come hardware ovviamente il S.O. viene eseguito da hardware reale! 24

25 Virtualizzazione delle risorse di calcolo Come realizzare diversi processi che procedono in parallelo se lo hardware del calcolatore è unico, e sequenziale? La risposta è fornita appunto mediante la particolare struttura tt del sistema operativo. 25

26 Struttura del sistema operativo Modo shell Programmi utente utente Interfaccia delle chiamate di sistema File system Device driver HARDWARE Gestione processi Gestione memoria Modo kernel Struttura a strati di LINUX 26

27 Il nucleo deve: Funzionalità del nucleo Mantenere in memoria il S.O. e i diversi programmi in spazi fisici di indirizzamento separati. Durante l esecuzione di un programma, si può accedere solo allo spazio di indirizzamento consentito. Permettere il passaggio dall esecuzione di un programma a quella del S.O. e viceversa. Gestire le operazioni di I/O solo da S.O., e quindi tramite chiamate di sistema. Gestire i meccanismi di gestione dell interrupt. Gestire la verifica del quanto di tempo associato ai processi. 27

28 Che cosa è un processo per il S.O. Rappresenta una istanza del programma in esecuzione con tutte le informazioni necessarie: codice eseguibile dati del programma spazio di indirizzamento i che contiene il codice eseguibile, i dati e lo stack informazioni relative al suo funzionamento (stato) 28

29 Meccanismobase di funzionamento del nucleo Il S.O. alloca una zona di memoria ad ogni processo che viene creato e lo carica in tale zona (spazio di indirizzamento del processo) Esecuzione di un processo: il nucleo del S.O. sceglie, secondo politiche di scheduling opportune, un processo da mandare in esecuzione (da portare cioè in stato di esecuzione) quando un processo in esecuzione richiede un servizio di sistema tramite una SVC (SuperVisor Call v. più avanti): viene attivata la funzione relativa e il S.O. esegue il servizio nel contesto del processo stesso i servizi forniti dal S.O. operativo sono quindi parametrici in quanto vengono svolti per conto del processo che li ha attivati 29

30 Meccanismobase di funzionamento del nucleo Un processo in stato di esecuzione abbandona tale stato: per sospensione volontaria. Se il servizio di sistema richiesto deve attendere il verificarsi i di un evento per completare il servizio stesso, il processo passa da stato di esecuzione a stato di attesa. per la scadenza del quanto di tempo (preemption). Quando il S.O. verifica che il quanto di tempo è scaduto, pone il processo in esecuzione in stato di pronto Quando un processo in esecuzione è passato in stato di attesa o di pronto, lo scheduler del S.O. seleziona un processo tra quelli pronti e lo porta in stato di esecuzione (commutazione di contesto). 30

31 Diagramma degli stati di un processo e relative transizioni di stato Processo in Esecuzione Richiesta operazione di I/O (sospensione volontaria) selezione primo processo pronto e sua esecuzione termine quanto di tempo (preemption) p Processo in Attesa Completamento operazione di I/O (evento esterno) Processo Pronto 31

32 Stati di un processo In esecuzione: è il processo che sta utilizzando il processore (istante per istante esiste un solo processo in esecuzione). Pronto: un processo è in stato di pronto se attende solo la disponibilità della risorsa processore per poter proseguire nell elaborazione (possono esistere più processi in stato di pronto). Attesa: un processo è in stato di attesa se attende una risorsa non disponibile (che non sia il processore), o un evento, o il completamento di una operazione di I/O (possono esistere più processi in attesa su eventi diversi). 32

33 Transizioni di stato di un processo ESECUZIONE PRONTO Al termine del quanto di tempo il SO deve salvare tutte le informazioni necessarie (contesto) per poter riprendere l esecuzione del processo dal punto in cui è stata interrotta. ESECUZIONE ATTESA Si verifica quando il processo richiede delle risorse che non sono disponibili o attende un evento; il SO salva tutte le informazioni necessarie (contesto) a riprendere l esecuzione e l informazione relativa all evento atteso. 33

34 Transizioni di stato di un processo ATTESA PRONTO Quando l evento atteso da un processo si verifica, il SO sposta tutti i processi in attesa di quell evento evento o di quella risorsa nella coda dei processi pronti. PRONTO ESECUZIONE Il SO stabilisce sce quale dei processi accodati nello stato di PRONTO debba essere mandato in esecuzione (caricamento del contesto). La scelta è effettuata dall algoritmo di scheduling dei processi. 34

35 Modalità di funzionamento del processore Modo utente (User o non privilegiato ): è quello tipico di esecuzione dei processi applicativi Modo Kernel (Supervisor o privilegiato o sistema ): è quello tipico del Sistema Operativo Durante l esecuzione di un processo in modalità user, il processore può accedere al codice e dati del processo ma non ai dati e al codice del sistema operativo. Durante l esecuzione in modalità kernel, il processore può accedere sia allo spazio di indirizzamento del sistema operativo sia a quello utente Il modo di funzionamento del processore è memorizzato in uno dei bit del registro di stato (PSW) 35

36 Modalità di funzionamento del processore In modo U il processore può eseguire una parte delle istruzioni appartenenti all ISA In modo S il processore può eseguire tutte le istruzioni macchina Le istruzioni eseguibili bl solo in modo S si chiamano istruzioni i i privilegiate. In particolare, le istruzioni di accesso alle periferiche (IN e OUT) sono istruzioni privilegiate. Tutte le operazioni di ingresso e uscita sono gestite dal Sistema Operativo. Un processo eseguito in modo U non può accedere direttamente alle periferiche ma deve invocare i servizi del Sistema Operativo Se si tenta di eseguire le istruzioni privilegiate in modalità user, si genera un errore che provoca un eccezione. Un programma in esecuzione in modo U può passare in funzionamento in modo S tramite una chiamata di sistema (system call) che invoca il servizio relativo 36

37 Modalità di funzionamento del processore Istruzione non privilegiata SVC (SuperVisor Call): consente a un processo in esecuzione in modo U di invocare un servizio del SO L istruzione SVC esegue un salto ad una particolare funzione del SO (gestore di SVC) che invoca il servizio richiesto La SVC non specifica l indirizzo della funzione richiesta: tale indirizzo è specificato al processore tramite il vettore di interrupt. L indirizzo d inizio della funzione richiesta verrà quindi forzato nel Program Counter La SVC è un istruzione non privilegiata, ma dopo la sua esecuzione, il processore passa in modo S, cioè privilegiato. Quindi la SVC modifica il modo del processore (bit della PSW) Poiché la SVC realizza una chiamata di funzione, deve essere previsto il ritorno al programma che l ha invocata. E necessario salvare l indirizzo di ritorno del programma che ha invocato la SVC. Il ritorno avviene tramite l istruzione IRET che è un istruzione privilegiata 37

38 Diagramma degli stati di un processo (approfondimento) Esecuzione in modo U Interrupt o SVC (1) IRET (2) Esecuzione in modo S Interrupt di secondo livello e relative IRET (3) Richiesta di attesa (Sleep_on) (4) Attesa Ripresa Esecuzione (Change Change) (6) Sospensione (Preempt) (5) Pronto Risveglio (Wakeup Wakeup) (7) 38

39 Transizioni di stato La transizione (1) di stato da esecuzione in modo user a modo kernel avviene in due casi: chiamata di sistema (SVC) interrupt La transizione (2) di stato da esecuzione in modalità kernel a modalità user avviene per una IRET quando: termina l esecuzione della routine di risposta all interrupt (se non ci sono interrupt annidati) si rientra da SVC 39

40 Transizioni di stato L abbandono dello stato di esecuzione in modo S può avvenire solo per uno dei seguenti due motivi: 1. Il processo P si sospende quando un servizio di sistema richiede un evento e invoca la funzione sleepon (transizione 4) con relativo salvataggio di contesto del processo P in esecuzione 2. Il processo P si sospende durante un servizio di sistema o un interrupt di primo livello (transizione 1) se si verifica che è scaduto il quanto di tempo e invoca la funzione preempt (transizione 5) con relativo salvataggio di contesto Si noti: un processo P può passare in stato di attesa o in stato di pronto solo quando è in esecuzione in modo S. 40

41 Transizioni di stato La ripresa dell esecuzione esecuzione di un processo P (transizione 6) avviene solo se il processo P è pronto e se è quello con maggiore priorità di esecuzione tra tutti i processi pronti (algoritmo di scheduling dei processi). La funzione change esegue la commutazione del contesto. Si noti che il momento in cui avviene la transizione 6 per un processo P non dipende dal processo P stesso, ma da un altro processo che era in esecuzione (che starà eseguendo la transizione 4 oppure 5) e dall algoritmo algoritmo di scheduling. 41

42 Transizioni di stato Il risveglio di un processo P tramite la funzione wakeup (transizione 7) avviene quando, nel contesto di un altro processo, si verifica un interrupt relativo all evento E atteso dal processo P. Ovviamente, in un qualsiasi istante di tempo, un solo processo P può essere in esecuzione (in modalità U oppure S), ma diversi i processi possono essere pronti o in attesa di eventi. 42

43 La gestione del quanto di tempo Il quanto di tempo è gestito da un particolare interrupt generato dall orologio di sistema ad una frequenza definita, il dispositivo che realizza l orologio di sistema genera un interrupt. t La relativa routine di risposta incrementa una opportuna variabile che contiene il tempo di esecuzione del processo corrente se il quanto di tempo non è scaduto la routine termina e, se non ci sono interrupt annidati, il processo prosegue nell esecuzione se invece il quanto di tempo è scaduto, e l interrupt da realtime clock non è annidato viene invocata la funzione (preempt) che cambia lo stato del processo da esecuzione a pronto, salva il contesto del processo e lo scheduler manda in esecuzione un processo pronto e viene invocata la funzione (change) che esegue una commutazione di contesto 43

44 Strutture fondamentali del nucleo Il SO dispone di una tabella dei processi (Proctable) che contiene un elemento per ogni processo che è stato creato. Gli elementi della tabella possono essere visti come record (di tipo ProcRec): il record contiene i campi indispensabili a caratterizzare il processo relativamente alla gestione dei processi, gestione della memoria e gestione dei file. Una variabile CurProc contiene l indice del record relativo al processo attualmente in esecuzione. 44

45 Strutture fondamentali del nucleo Ogni processo ha un suo stack utente (che appartiene al suo spazio di indirizzamento) e un suo stack di sistema Lo stack di sistema può essere visto come una tabella di stack di sistema: esiste quindi uno stack di sistema per ogni processo che è stato creato. Il registro ssp punta di volta in volta allo stack di sistema del processo correntemente in esecuzione. Il registro usp punta di volta in volta allo stack utente del processo correntemente in esecuzione. Il modo di esecuzione corrente (U/S) determina quale stack utilizzare (usp/ssp). 45

46 Funzioni del nucleo per la gestione dei processi Tali funzioni del nucleo gestiscono il cambiamento di stato dei processi e la commutazione di contesto. Possono scrivere nella tabella dei processi (ProcTable) per aggiornare le informazioni relative allo stato dei processi e al salvataggio di contesto Si noti che normalmente i vari servizi di sistema e le routine di interrupt possono accedere alla tabella dei processi solo per leggerne il contenuto ma non per modificarlo. 46

47 Funzioni del nucleo per la gestione dei processi Sleep_on: pone il processo corrente in stato di attesa, con salvataggio del contesto. Change: esegue una commutazione di contesto. Wake_up: risveglia un processo passando il suo stato da stato di attesa a stato di pronto. Preempt: sospende il processo in esecuzione per scadenza del quanto di tempo, con salvataggio del contesto. Per quanto riguarda il contesto: se il processo è in esecuzione parte del contesto si trova nei registri i della CPU se il processo non è in esecuzione il contesto è tutto salvato in memoria 47

48 Come stabilire quale processo attivare? Questo è compito di una parte del sistema operativo detta scheduler che Sceglie fra i processi in memoria che sono pronti per essere eseguiti Alloca la CPU a uno di tali processi. Tre tipi di scheduling: A lungo termine A medio termine A breve termine. 48

49 I tipi di scheduling A lungo termine: Determina quali programmi vengono ammessi al sistema per essere elaborati Controlla il grado di multiprogrammazione Se il numero di processi aumenta, diminuisce la percentuale di tempo dedicata a ogni processo. A medio termine: Si fa carico di parte della funzione di swapping fra disco e memoria di lavoro Basato sulla necessità di gestire il grado di multiprogrammazione. 49

50 I tipi di scheduling A breve termine: Noto anche come dispatcher È quello eseguito più frequentemente t Viene invocato ogni volta che si presenta un evento (interruzione da ingresso/uscita o generata dal clock, chiamate a sistema operativo, segnali interni). 50

51 Come stabilire quale processo attivare? Le decisioni di scheduling della CPU possono verificarsi quando un processo: Passa da stato in esecuzione (running) a stato in attesa (waiting) Passa da stato in esecuzione a stato pronto (ready) Passa da stato in attesa a stato pronto Termina Lo scheduling sulle basi precedenti è non preemptive. Altre forme di scheduling sono preemptive. 51

52 Come stabilire quale processo attivare? Il dispatcher dà il controllo della CPU al processo scelto: ciò comporta: Commutare il contesto Commutare da modo supervisore a modo utente Passare all opportuno indirizzo i del programma di utente per riprendere l esecuzione di quel programma. Si dice latenza di dispatch il tempo necessario perché il dispatcher fermi un processo e ne faccia partire un altro. 52

53 I criteri per lo scheduling Utilizzo della CPU si vuole mantenere la CPU il più possibile occupata Throughput h il numero di processi che vengono completati nell unità di tempo; Tempo di turnaround richiesto per eseguire un particolare processo; Tempo di attesa durante il quale il processo è stato tenuto in coda. 53

54 Scheduling: un esempio 54

55 Gestione di sistema e periferia Nel caso di sistemi di elaborazione molto semplici (tipicamente, basati su microcontrollori con parola di 8 o 16 bit) il programmatore applicativo può anche accedere direttamente a tutte le funzionalità; Nella grande maggioranza dei sistemi, come già indicato, le istruzioni relative ad I/O sono privilegiate e il programmatore deve chiamare opportune routine del sistema operativo. È ora possibile considerare più in dettaglio la gestione delle interruzioni. 55

56 INTERRUZIONE Modifica del modo di funzionamento Quando si verifica un interruzione generalmente esiste un processo in esecuzione e si possono avere 3 casi: l interrupt può interrompere un processo in esecuzione in modalità U (utente); l interrupt può interrompere un servizio di sistema invocato dal processo in esecuzione (è in esecuzione il SO modalità S) l interrupt può interrompere una routine di interrupt (è in esecuzione il SO modalità S) è il caso di interrupt annidato o di secondo livello 56

57 Modifica del modo di funzionamento In tutti i casi la routine di interrupt (che fa parte del S.O.) svolge il proprio compito in modo trasparente rispetto al processo in esecuzione non viene mai svolta una commutazione di contesto durante la gestione di un interrupt Se la routine di interrupt è associata al verificarsi di un certo evento E sul quale erano in attesa dei processi, allora la routine porta i processi dallo stato di attesa allo stato di pronto. Si osservi che una routine di interrupt t è associata ad un evento E atteso da un processo P, ma si svolge nel contesto di un altro processo Q 57

58 Interrupt Modifica del modo di funzionamento Le routine di risposta all interrupt fanno parte del Sistema Operativo e quindi vengono eseguite in modo S Quando si verifica un interruzione il processore passa ad eseguire la routine di risposta relativa all evento Il modo del processore passa ad S (modifica di PSW), indipendentemente dal modo di esecuzione al momento dell accettazione dell interrupt stesso (U se processo applicativo in esecuzione, S se altra routine di risposta, o SO in esecuzione) 58

59 Modifica del modo di funzionamento Sia nel caso di SVC che nel caso di interrupt il modo di partenza del processore deve essere salvato sullo stack (insieme all indirizzo di ritorno) per consentire un ritorno corretto al termine dell esecuzione esecuzione del servizio relativo alla SVC o della routine di interrupt. Questo equivale a salvare sullo stack il valore del registro PSW (che nel caso degli interrupt contiene anche il livello ll di priorità ità del programma interrotto) 59

60 Modifica del modo di funzionamento Al termine di una routine di risposta all interrupt o dell esecuzione di un servizio di SO è prevista l istruzione IRET che esegue il ritorno al programma interrotto, o al programma che ha eseguito la SVC L esecuzione dell istruzione IRET implica che vengano prelevate dallo stack le informazioni i i per il caricamento dell indirizzo di ritorno nel registro PC il ripristino i del modo di funzionamento al momento dell interrupt o della SVC (modo di ritorno) 60

61 Modifica del modo di funzionamento Il SO, prima di eseguire una IRET che rientra in modo U, invoca la funzione preempt (ciò vale in particolare per tutte le routine di interrupt e il gestore dei servizi di sistema) Viene cioè verificato se il quanto di tempo del processo corrente è scaduto e, in caso positivo, dopo il salvataggio del contesto si esegue la commutazione di contesto invocando la change In pratica, per imporre la preemption, il SO deve attuarla prima di ritornare al modo U, perché un processo in modo U non possiede nessun controllo relativo al superamento del quanto di tempo. 61