Interrupt

Un'interruzione (in inglese: interrupt), in informatica, è un segnale asincrono che indica il "bisogno di attenzione" da parte di una periferica finalizzata ad una particolare richiesta di servizio, un evento sincrono che consente l'interruzione di un processo qualora si verifichino determinate condizioni (gestione dei processi) oppure più in generale una particolare richiesta al sistema operativo da parte di un processo in esecuzione.

Tipi di interruzioni

Ci sono due tipi di interruzioni:

• Interruzioni hardware, generate da dispositivi esterni alla CPU (periferiche), che hanno il compito di comunicare il verificarsi di eventi esterni, di solito dispositivi di input/output. Una interruzione hardware costringe il processore a memorizzare il suo stato di esecuzione fino all'arrivo dell'interruzione e ad iniziare l'esecuzione della funzione (commutazione di contesto) che esegue il compito richiesto dall'interruzione, terminato il quale il processore riprende l'esecuzione delle operazioni che stava precedentemente elaborando. Nella pratica, si nota un rallentamento del sistema ed un aumento dell'uso della CPU, che può arrivare ad essere impegnata al 100% e per lunghi periodi.
• Interruzioni software, delle istruzioni assembly, tipo INT xx o SYSCALL, che possono essere assimilate alle chiamate di sottoprogrammi, ma che sfruttano il meccanismo delle interruzioni per passare il controllo dal programma chiamante a quello chiamato, e viceversa; vengono utilizzati per accedere direttamente alle risorse del sistema operativo.

Uso delle interruzioni

Le interruzioni vengono utilizzati principalmente quando:

• un processo tenta di eseguire un'istruzione non valida, come una divisione per zero. In questi casi non è possibile proseguire con l'esecuzione del processo, perché genererebbe parecchi errori, corromperebbe i dati nei registri della CPU e/o porterebbe a un crash il sistema stesso. Quindi l'interruzione consente di informare il sistema operativo di quanto avvenuto in modo da permettere la corretta gestione del problema.
• un processo richiede un'operazione di I/O al sistema operativo. Le CPU moderne prevedono la possibilità di utilizzare diversi livelli di privilegi, per ragioni di sicurezza, che i processi in esecuzione possono ricevere. Solo il sistema operativo può effettuare alcune operazioni come accedere ad alcune aree di memoria protette o gestire le periferiche.
• un dispositivo di I/O informa la CPU che è disponibile a ricevere o fornire dati. In questo caso viene avviata un'opportuna procedura del sistema operativo preposta ad occuparsi della relativa periferica. Questo tipo di interruzione necessita una gestione molto attenta, infatti è possibile che due dispositivi abbiano generato un interruzione durante l'esecuzione di un processo, ed è necessario disporre di meccanismi che evitino conflitti e la perdita di informazioni, ad esempio decidendo quale interruzione ha maggiore priorità e deve essere eseguito per primo e ponendo in coda il secondo, delegando il compito al controllore di interruzioni programmabile.
• il tempo massimo a disposizione per tale processo è raggiunto e lo scheduler deve riassegnare la CPU ad un altro processo in coda.
• viene effettuato il debug di un'applicazione. Durante la fase di sviluppo di un programma è frequente la necessità di testare il funzionamento di quanto creato per scoprire e risolvere l'origine dei malfunzionamenti. Il debugging consente di seguire l'evoluzione del programma istruzione per istruzione, dando la possibilità di interrompere il processo in qualunque momento per verificare il valore di ogni parametro. Per effettuare questo è necessario che il codice sorgente sia compilato in maniera apposita, in questo caso se il programma viene eseguito sotto il controllo di un apposito programma, il debugger, ad ogni istruzione viene eseguita un'interruzione che consente di verificare se in tale punto è richiesta l'interruzione del processo.

Gestione delle interruzioni

Nel momento in cui il processore riceve una richiesta di interruzione, vi è l'esigenza di determinare quale sia il dispositivo ad averla generata. Vi sono tre sistemi principali per farlo:

• Linee di interruzione multiple.
• Scansione delle interruzioni (polling).
• Vettorizzazione delle interruzioni.

Nelle linee di interruzione multiple ad ogni dispositivo è associato un proprio piedino del microprocessore per la gestione delle interruzioni. Questo sistema è impraticabile per la gestione delle interruzioni di numerosi dispositivi ma può essere utilizzato in tecnologie special purpose.

La scansione delle interruzioni consiste nell'effettuare una scansione dei dispositivi, interrogando ognuno per un'eventuale conferma della richiesta di interruzione inviata. Quando il dispositivo che ha generato l'interruzione viene interrogato, invierà una conferma al processore e quest'ultimo avvierà la interrupt service routine relativa. Impostando la sequenza della scansione è possibile impostare la priorità.

La vettorizzazione fa uso di un circuito integrato detto controllore di interruzioni programmabile (PIC) che ha in ingresso un certo numero di linee di interrupt request (IRQ), usate dai dispositivi per richiedere un'interruzione. Quando riceve una richiesta, il PIC si occupa di inviare a sua volta una richiesta di interruzione al processore e, dopo che quest'ultimo ha confermato la richiesta (cosa che potrebbe non avvenire se le interruzioni dovessero essere disabilitate), deposita nel bus dati l'indice del vettore di interruzione relativo all'indirizzo della ISR che gestisce l'interazione con il dispositivo. I vettori sono contenuti in una tabella situata ad una determinata locazione in memoria, predefinita o meno, e chiamata interrupt vector table (interrupt descriptor table per 8086 e IA-32). Ogni vettore contiene i dati che permettono al processore di determinare l'indirizzo in memoria della ISR relativa al dispositivo che ha generato l'interruzione, e di gestire quindi l'operazione di I/O richiesta.

Bibliografia

• Andrew Stuart Tanenbaum, Interrupt, in Architettura dei calcolatori. Un approccio strutturale, Milano, Pearson Education, 2006, pp. 393-396, ISBN 978-88-7192-271-3.
• William Stallings, Architettura e organizzazione dei calcolatori. Progetto e prestazioni, Milano, Pearson Education, 2010, pp. 75-84, ISBN 978-88-7192-597-4.

Voci correlate

• Clock
• Gestore di interrupt
• Interrupt request
• Controllore di interruzioni programmabile
• Non-maskable interrupt
• Message Signaled Interrupts
• Eccezione (informatica)
• Driver