4.16. Организация обслуживания с прерыванием. Блоки pre­empt и return

Во многих случаях возникает необходимость организации об­служивания в устройстве с прерываниями (например, при выполне­нии некоторой операции на станке произошла его поломка). Такую ситуацию можно смоделировать, считая, что отказ оборудования представляет собой транзакт, приоритет которого выше, чем у транзакта, обрабатываемого станком. В этом случае более приоритетный транзакт должен прервать обслуживание менее приоритетного транзакта, т.е. выгрузить его из устройства. Отсюда понятен дословный перевод с английского слова preempt - выгрузить, но с точки зрения работы одноканальной СМО принято использовать термин ЗАХВАТИТЬ устройство [10]. Для организации обслуживания в уст­ройстве с прерываниями используют пару блоков PREEMPT (ЗАХВАТИТЬ) - RETURN (ВЕРНУТЬ) так же, как для обычного устройства без прерываний использовались блоки SEIZE -RELEASE.

Блок PREEMPT имеет следующий формат:

PREEMPT A,[B],[C],[D],[E]

Таблица 4.36

Блок PREEMPT позволяет транзакту в зависимости от условий, заданных в операндах блока, занять устройство. Блок PREEMPT может также задержать транзакт на входе.

Операнд А определяет номер или имя устройства, на котором генерируется прерывание. Операнд может быть именем, положитель­ным целым, СЧА или СЧА*СЧА.

Операнд В задает приоритетный режим (если B=PR) или режим прерывания (если этот операнд опущен). При работе в приоритетном режиме транзакт, уже занимающий устройство или генерирующий на нем прерывание, может быть прерван только транзактом, приоритет которого выше приоритета данного транзакта. Прерванные транзакты претендуют на дополнительное использование устройства, когда прервавший их транзакт войдет в соответствующий блок RETURN. Прерванные транзакты помещаются в список задержки в порядке приоритета.

Операнд С задает номер или имя блока, в который в этот же мо­мент времени должен попытаться войти прерванный транзакт. Пре­рванный транзакт теряет управление устройством, но претендует на право его использования, если только не задан аргумент операнда Е. В приоритетном режиме работы желательно задавать операнд С, если прерывающий транзакт имеет более высокий приоритет, чем преры­ваемый. Операнд может быть именем, положительным целым, СЧА или СЧА*СЧА.

Операнд D задает номер параметра, связанного с прерванным транзактом. Если прерываемый транзакт в момент прерывания направляется в список будущих событий (см. параграф 4.22), тогда остаток времени записывается в заданный параметр. Если такой параметр не существует, то он создается. В приоритетном режиме работы операнд D задают только в том случае, если прерывающий транзакт имеет более высокий приоритет, чем прерываемый транзакт. Операнд может быть именем, положительным целым, СЧА или СЧА*СЧА.

Операнд Е задает либо не задает режим удаления (RE). В режиме удаления RE прерванный транзакт более не претендует на использование устройства и пытается войти в блок, заданный операндом С (если в операнде Е стоит RE, то должен быть определен и операнд С). В приоритетном режиме работы режим RE используется только в том случае, если приоритет прерывающего транзакта больше приоритета прерываемого транзакта. При использовании RE прерванный транзакт не должен входить в блоки RELEASE или RETURN, связанные устройством, в котором обслуживался прерванный транзакт.

Если режим RE не задан (операнд Е опущен), то прерванный транзакт по возвращении в список текущих событий будет вновь пы­таться занять устройство.

Прерываемый транзакт может находиться в списке будущих со­бытий. Если надо сделать это, то используют операнд D.

Прерванный транзакт борется за устройство, даже если он пере­мещен операндом С (если RE не используется в операнде Е). Если прерванный транзакт все еще борется за устройство, то попытка транзакта войти в блок TERMINATE приводит к ошибке. Такой транзакт перед входом в блок TERMINATE должен войти в блоки RELEASE или RETURN.

Транзакт может быть прерван на любом количестве устройств.

Устройство может быть захвачено любое количество раз, но не два раза подряд одним транзактом.

Транзакт не может войти в блок, если в приоритетном режиме устройство уже захвачено транзактом с приоритетом равным или большим, чем приоритет активного транзакта. Активный транзакт помещается в соответствии с приоритетом в список задержки устрой­ства.

Транзакт не может войти в блок, если устройство находится в недоступном состоянии. Такие транзакты помещаются в список за­держки устройства в соответствии с приоритетом, а внутри приорите­та - по правилу FIFO.

Стандартные числовые атрибуты, связанные с описываемым блоком, те же, что и в табл. 4.26, с добавлением СЧА FIj - флаг пре­рывания устройства (1, если устройство находится в состоянии пре­рывания, О-в противном случае).

Следует обратить внимание, что при задании операндов D и (или) Е, операнд С также должен быть задан.

Если приоритетный режим не задан (нет PR в операнде В), то операнды С, D и (или) Е игнорируются. Однако возможен вариант, когда для прерванного транзакта выбирается альтернативный выход, причем приоритет транзакта не учитывается. Этот случай возникает тогда, когда задан операнд С (а иногда и операнды D и (или) Е), но в операнде В не задан приоритетный режим. Такое использование опе­рандов приводит к тому, что занимающий устройство транзакт пре­рывается и направляется по альтернативному пути. В данном случае многоуровневые прерывания не происходят.

Пары блоков SEIZE - RELEASE и PREEMPT - RETURN могут использовать одни и те же имена занимаемых устройств. В зависимости от логики работы модели пользователь должен сам определить, в каком случае разре­шать прерывания, а в каком - нет.

Блок RETURN является парным к блоку PREEMPT, также как блок RELEASE к блоку SEIZE, и предназначен для освобождения ранее захваченного устройства. Он имеет следующий формат:

RETURN A

Таблица 4.37

В операнде А задается номер устройства, с которого снимается прерывание. Прерывание может быть снято в блоке RETURN только тем транзактом, которым оно было сгенерировано.

Операнд А может быть именем, положительным целым, СЧА или СЧА*СЧА.

Пример 4.31

Рассмотрим пример работы компьютера, задействованного в управлении технологическим оборудованием. Для контроля состоя­ния оборудования каждые 20 мин запускается одна из трех типов за­дач. Через каждые 5 мин работы процессора каждая задача выводит результаты работы в базу данных. При обращении двух и более задач к базе данных (БД) образуется очередь, которая обслуживается по правилу FIFO.

Общий объем памяти компьютера 1024 Кбайт. В первоначаль­ный момент запуска компьютера загружается ОС, ядро которой по­стоянно находится в памяти и занимает 200 Кбайт. Компьютер рабо­тает в мультипрограммном режиме и во время выполнения операций вывода в БД процессор может выполнять другую задачу, если она за­гружена в память. После последнего вывода в БД задача выгружается из памяти и завершает свою работу.

Периодически с интенсивностью λ=0,005 мин^-1 и экспоненци­альным распределением возникает аварийный режим оборудования, при котором немедленно запускается на выполнение задача четвертого типа, выводящая оборудование из аварийного режима. Она преры­вает работу всех других задач. Прерванная задача выгружается из па­мяти без вывода результатов в БД. По окончании выполнения задачи четвертого типа, она имеет преимущество для вывода в БД перед другими задачами. Вытесненные задачи с магнитного диска загру­жаются в память и продолжают работу. Необходимые данные для моделирования приведены в табл. 4.38.

Необходимо промоделировать работу компьютера в течение пя­ти суток и оценить размер очереди к памяти, ее загрузку и загрузку процессора.

Учитывая, что программа полностью прокомментирована, да­дим только некоторые пояснения к ней. Задачи 1-го, 2-го, 3-го типов имеют приоритет равный 0. Задача четвертого типа, обрабатывающая аварийную ситуацию, имеет приоритет 3. При ее появлении немед­ленно занимается процессор и, если в это время выполняется задача другого типа, то она прерывается и выгружается из памяти (операнд В блока PREEMPT направляет прерванный транзакт в блок с меткой SVOP).

Для запуска работы компьютера используется один транзакт с приоритетом 5, который занимает 2 единицы памяти (200 Кбайт) и имитирует загрузку ядра ОС в память.