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Les interruptions sont cruciales pour la capacité d'un système d'exploitation à gérer et à prioriser les tâches et les processus. Ils permettent au système d'exploitation de répondre aux événements de manière asynchrone, l'empêchant ainsi d'être bloqué en attendant que quelque chose se produise. Voici un aperçu de leur fonction :
1. Déclencher une interruption :
Les interruptions sont déclenchées par des événements matériels ou logiciels. Les exemples incluent :
* Interruptions matérielles : Celles-ci proviennent de périphériques tels que le clavier (pression sur une touche), le disque dur (données prêtes), la carte réseau (paquet reçu), la minuterie (temps écoulé) ou même des erreurs internes du processeur. Chaque périphérique dispose d'une ligne de demande d'interruption (IRQ) unique qu'il utilise pour signaler le processeur.
* Interruptions logicielles (également appelées appels système ou interruptions) : Celles-ci sont déclenchées par un programme demandant explicitement des services au système d'exploitation, tels que la lecture d'un fichier, l'allocation de mémoire ou la création d'un processus. Ils sont lancés via des instructions logicielles.
2. Gestion des interruptions :
Lorsqu'une interruption se produit :
1. Signal d'interruption : La CPU reçoit le signal d'interruption.
2. Sauvegarde du contexte d'interruption : Le CPU enregistre immédiatement l'état actuel du processus en cours (registres, compteur de programme, etc.) dans la pile. Ceci est crucial pour que le processus puisse reprendre plus tard exactement là où il s’était arrêté. Cet état enregistré est parfois appelé « contexte d'interruption ».
3. Table des vecteurs d'interruption : Le CPU consulte une table de vecteurs d'interruption. Ce tableau mappe l'IRQ (ou le numéro d'interruption logicielle) de chaque interruption à l'adresse d'un gestionnaire d'interruption spécifique (ISR - Interrupt Service Routine) en mémoire.
4. Exécution du gestionnaire d'interruption : Le CPU passe à l'adresse du gestionnaire d'interruption approprié. L'ISR effectue les actions nécessaires pour répondre à l'interruption, telles que la lecture des données d'un périphérique, la gestion d'un appel système ou la gestion d'une erreur.
5. Restauration du contexte d'interruption : Une fois l'ISR terminé, le CPU restaure le contexte enregistré à partir de la pile, redonnant ainsi le contrôle au processus en cours d'exécution précédent.
3. Priorisation des interruptions :
Le système d'exploitation utilise divers mécanismes pour gérer la priorisation des interruptions :
* Priorité du matériel : Certaines architectures matérielles permettent au matériel lui-même de prioriser les interruptions. Les interruptions de priorité supérieure peuvent interrompre celles de priorité inférieure (interruptions imbriquées). Par exemple, une interruption d'erreur du disque dur peut préempter une interruption du clavier.
* Priorité des logiciels : Le système d'exploitation peut hiérarchiser davantage les interruptions à l'aide de techniques logicielles au sein des gestionnaires d'interruptions eux-mêmes. Le système d'exploitation peut différer le traitement des interruptions de priorité inférieure jusqu'à ce que celles de priorité plus élevée soient traitées.
* Masquage/désactivation des interruptions : Les interruptions peuvent être masquées (temporairement désactivées) ou activées de manière sélective. Ceci est crucial dans les sections critiques du code où une interruption pourrait entraîner une corruption des données. Par exemple, une interruption peut être masquée lors de la modification des structures de données partagées.
4. Relation avec les processus et la gestion des tâches :
Les interruptions sont fondamentales pour le multitâche. Ils permettent au système d'exploitation de :
* Découpage temporel : Les interruptions de minuterie déclenchent des changements de contexte, permettant au système d'exploitation de basculer entre différents processus en cours d'exécution, créant ainsi l'illusion de concurrence.
* Gestion des E/S : Les interruptions des périphériques d'E/S permettent au système d'exploitation de gérer les opérations d'entrée/sortie asynchrones sans bloquer le processeur. Le processus demandant l'opération d'E/S peut continuer à s'exécuter pendant que le gestionnaire d'interruption gère le transfert de données en arrière-plan.
* Gestion des erreurs : Les interruptions fournissent un mécanisme permettant de gérer efficacement les erreurs matérielles et les exceptions système, évitant ainsi les pannes du système.
* Appels système : Les interruptions logicielles (appels système) permettent aux applications de demander des services du système d'exploitation, d'interagir efficacement avec le noyau et de gérer l'accès aux ressources système.
En résumé, les interruptions constituent le fondement des systèmes d’exploitation modernes. Leur capacité à gérer efficacement les événements asynchrones et avec une approche hiérarchisée est essentielle pour gérer les processus, gérer les E/S et maintenir la stabilité et la réactivité du système. L'utilisation intelligente par le système d'exploitation de la gestion des interruptions, de la priorisation et du changement de contexte permet un multitâche efficace et le fonctionnement global du système informatique.
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