Unterbrechungsroutine

Ein Interrupthandler (auch Unterbrechungsroutine oder Unterbrechungsbehandlung genannt) ist ein Programmstück, das von einer CPU ausgeführt wird, wenn sie durch einen Softwareinterrupt oder Interrupt Request (Unterbrechungsanforderung) gezwungen wird, den normalen Programmablauf zu unterbrechen und einen Interrupt auszuführen.

Ablauf

Innerhalb einer Unterbrechungsroutine geschieht normalerweise folgendes:

• Weitere Interrupts verhindern

Je nachdem, ob das Betriebssystem Multitasking unterstützt und welcher Natur die Behandlung des Interrupts ist, kann es notwendig sein, weitere Unterbrechungen bei der Verarbeitung zu verhindern. Je nach Architektur sieht dies unterschiedlich aus, z. B. wird ein Interruptflag gesetzt.

• Sichern des Prozessorzustandes

Um das unterbrochene Programm nicht zu stören, darf es von der zwischengeschalteten Ausführung der Unterbrechungsroutine nichts bemerken. Daher ist dieser Zwischenschritt notwendig. Normalerweise werden die Register, insbesondere das Befehlszählerregister, auf dem Stapel abgelegt.

• Abarbeiten des Interrupts

Hier wird nun die eigentliche Kernarbeit verrichtet. Beispielsweise legen die meisten Betriebssysteme bei einem Tastendruckinterrupt den Code der Taste in eine Tastenqueue, aus der die Anwendungsprogramme mit den Benutzereingaben gespeist werden.

Die Vorgänge dieser Phase sind zeitkritisch, da Interrupts Vorrang vor dem normalen Ablauf von Anwendungen haben bzw. selbst nicht durch Interrupts unterbrochen werden können. In Echtzeitbetriebssystemen gelten enge Vorgaben, wie lange in dieser Phase verweilt werden darf. In modernen Multitaskinganwendungen ist dies ebenfalls ein wichtiger Faktor, da dem Benutzer die Illusion der Gleichzeitigkeit von Programmabläufen durch andauerndes und schnelles Umschalten zwischen verschiedenen Tasks vermittelt wird.

• Interrupts wieder zulassen

Falls oben Interrupts verboten wurden, müssen sie nun wieder erlaubt werden.

• Wiederherstellen des Prozessorzustandes

Der oben gesicherte Zustand wird nun wiederhergestellt.

• Rücksprung in das unterbrochene Programm

Merkmale

Aus dem geschilderten Ablauf ergeben sich für Unterbrechungsroutinen drei wichtige Merkmale. Sie sind:

• zeitkritisch - langwierige Prozeduren sollten ausgelagert werden,
• transparent - ein Anwendungsprogramm darf nichts von der Unterbrechung bemerken und
• exklusiv - solange die Routine nicht fertig ist, passiert normalerweise nichts anderes.

Entsprechend anspruchsvoll ist die Implementierung dieser Routinen. Als Beispiel sei der Linuxkernel genannt, bei dem

1. ein Großteil der Entwicklung zwischen den Versionen 2.4 und 2.6 in die Möglichkeit floss, möglichst viele Routinen selbst wieder unterbrechbar zu machen und so die Latenzzeit für die Anwendungen zu verkürzen und
2. ein Fehler in der Abarbeitung eines mathematischen Interrupts (die Unterbrechungsroutine löste selbst einen Interrupt aus, der sie wieder aufrief) bösartigen Programmen die Möglichkeit bot, das System komplett einzufrieren.