1. Een interrupt activeren:

Interrupts worden veroorzaakt door hardware- of softwaregebeurtenissen. Voorbeelden zijn onder meer:

* Hardware onderbreekt: Deze komen voort uit apparaten zoals het toetsenbord (toetsaanslag), harde schijf (gegevens gereed), netwerkkaart (pakket ontvangen), timer (verstreken tijd) of zelfs interne CPU-fouten. Elk apparaat heeft een unieke IRQ-lijn (interrupt request) die wordt gebruikt om de CPU te signaleren.

* Software-interrupts (ook wel systeemaanroepen of traps genoemd): Deze worden geactiveerd doordat een programma expliciet om OS-services vraagt, zoals het lezen van een bestand, het toewijzen van geheugen of het maken van een proces. Ze worden gestart via software-instructies.

2. Afhandeling onderbreken:

Wanneer er een interrupt optreedt:

1. Onderbrekingssignaal: De CPU ontvangt het interruptsignaal.

2. Contextopslag onderbreken: De CPU slaat onmiddellijk de huidige status van het lopende proces (registers, programmateller, enz.) op in de stapel. Dit is van cruciaal belang, zodat het proces later kan worden hervat vanaf precies waar het was gebleven. Deze opgeslagen toestand wordt soms de "onderbrekingscontext" genoemd.

3. Interrupt vectortabel: De CPU raadpleegt een interruptvectortabel. Deze tabel wijst de IRQ (of software-interruptnummer) van elke interrupt toe aan het adres van een specifieke interrupthandler (ISR - Interrupt Service Routine) in het geheugen.

4. Onderbreek de uitvoering van de handler: De CPU springt naar het adres van de juiste interrupthandler. De ISR voert de noodzakelijke acties uit om op de interrupt te reageren, zoals het lezen van gegevens van een apparaat, het afhandelen van een systeemoproep of het afhandelen van een fout.

5. Contextherstel onderbreken: Zodra de ISR is voltooid, herstelt de CPU de opgeslagen context van de stapel, waardoor de controle effectief wordt teruggegeven aan het eerder lopende proces.

3. Prioritering onderbreken:

Het besturingssysteem maakt gebruik van verschillende mechanismen om de prioriteitstelling van interrupts te beheren:

* Hardwareprioriteit: Bij sommige hardware-architecturen kan de hardware zelf prioriteit geven aan interrupts. Interrupts met een hogere prioriteit kunnen interrupts met een lagere prioriteit onderbreken (geneste interrupts). Een onderbreking door een harde schijffout kan bijvoorbeeld een toetsenbordonderbreking voorkomen.

* Softwareprioriteit: Het besturingssysteem kan interrupts verder prioriteren met behulp van softwaretechnieken binnen de interrupthandlers zelf. Het besturingssysteem kan de afhandeling van interrupts met een lagere prioriteit uitstellen totdat de interrupts met een hogere prioriteit zijn afgehandeld.

* Maskeren/uitschakelen onderbreken: Interrupts kunnen worden gemaskeerd (tijdelijk uitgeschakeld) of selectief worden ingeschakeld. Dit is van cruciaal belang tijdens kritieke delen van de code waar een interrupt gegevenscorruptie kan veroorzaken. Een interrupt kan bijvoorbeeld worden gemaskeerd tijdens het wijzigen van gedeelde datastructuren.

4. Relatie met processen en taakbeheer:

Interrupts zijn essentieel voor multitasken. Ze zorgen ervoor dat het besturingssysteem:

* Time-slicing: Timeronderbrekingen activeren contextschakelaars, waardoor het besturingssysteem kan schakelen tussen verschillende actieve processen, waardoor de illusie van gelijktijdigheid ontstaat.

* I/O-verwerking: Door onderbrekingen van I/O-apparaten kan het besturingssysteem asynchrone invoer-/uitvoerbewerkingen beheren zonder de CPU te blokkeren. Het proces dat de I/O-bewerking aanvraagt, kan blijven draaien terwijl de interrupt-handler de gegevensoverdracht op de achtergrond afhandelt.

* Foutafhandeling: Interrupts bieden een mechanisme voor het efficiënt afhandelen van hardwarefouten en systeemuitzonderingen, waardoor systeemcrashes worden voorkomen.

* Systeemaanroepen: Software-interrupts (systeemaanroepen) zorgen ervoor dat applicaties OS-services kunnen aanvragen, effectief kunnen communiceren met de kernel en de toegang tot systeembronnen kunnen beheren.

Samenvattend vormen interrupts de basis van moderne besturingssystemen. Hun vermogen om asynchrone gebeurtenissen efficiënt en met een geprioriteerde aanpak af te handelen is essentieel voor het beheren van processen, het afhandelen van I/O en het handhaven van de systeemstabiliteit en het reactievermogen. Het slimme gebruik van interruptafhandeling, prioritering en contextwisseling door het besturingssysteem maakt efficiënte multitasking en de algehele werking van het computersysteem mogelijk.