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Linux內核學習之中斷

[中斷概述]

中斷本質上是一種特殊的電信號,由硬件設備發向處理器。異常和中斷的不同是異常在產生時必須考慮與處理器時鐘同步。實際上異常也常常稱為同步中斷。比如在除0或者缺頁時,必須靠內核處理的時候,處理器就會產生一個異常。

[中斷處理機制的實現]


                                                        中斷從硬件到內核的路由

設備產生中斷,通過總線把電信號發送給中斷控制器。如果中斷線是激活的(它們允許被屏蔽的),那麼中斷控制器就會把中斷發往處理器。在大多數體系結構中,這個工作就是通過電信號給處理器的特定管腳發送一個信號。除非在處理器上禁止該中斷,否則處理器會立即停止它正在做的事,關閉中斷系統,然後跳到內存中預定的位置開始執行那裡的代碼。這個預定義的位置是由內核設置的,是中斷處理程序的入口點。

[中斷處理程序]

在響應一個特定中斷的時候,內核會執行一個函數,該函數叫做中斷處理程序(interrupt handler)也叫做中斷服務例程(interrupt service routine)。

中斷處理程序就是一個普普通通的C函數,但是它與其他內核函數的真正區別在於,中斷處理程序時被內核調用來響應中斷的,它運行於中斷上下文中。

注冊中斷處理程序:

static inline int __must_check

request_irq(unsigned int irq, irq_handler_thandler, unsigned long flags,

             const char *name, void *dev)

irq:分配的中斷號

handler:中斷處理函數程序的指針 typedefirqreturn_t (*irq_handler_t)(int, void *);

flags:中斷類型

name:與中斷相關的設備的名字;

dev:用於共享中斷,因為可能在一條中斷線上有幾個設備,dev用來區分是哪個設備產生的中斷

中斷上下文和進程上下文對比

 

中斷上下文

進程上下文

定義

當執行一個中斷處理程序時,內核處於中斷上下文中

當程序調用了系統調用或者觸發了某個異常,它就陷入了內核空間,此時,內核代表進程執行並處於進程上下文中。

睡眠情況

不可睡眠,不能被調度,也就是說中斷上下文中不能使用有可能睡眠的函數

可睡眠,可調度

同步機制

自旋鎖

都可

 

 

 

 

 

 

[中斷上半部和下半部]

首先問自己一個問題,為什麼要把中斷分為上半部和下半部,難道一個就放在中斷處理程序中不好嗎?答案是否定的

1、中斷可以隨時的打斷其他正在執行的程序,如果被打斷的代碼對系統很重要,那麼此時中斷處理程序的執行時間應該是越短越好;

2、中斷處理程序正在執行時,會屏蔽同條中斷線上的中斷請求;而更嚴重的是,如果設置了IRQF_DISABLED,那麼該中斷服務程序執行時會屏蔽所有其他的中斷請求。那麼此時應該讓中斷處理程序執行的越快越好。


上半部:一個快速、異步而簡單的處理程序專門來負責對硬件的中斷請求做出快速響應,與此同時也要完成那麼些對時間要求很嚴格的操作;

下半部:那麼對時間要求相對寬松,其他的剩余工作會在稍後的任意時間執行。

下面是對上半部和下半部的工作劃分:

如果一個任務對時間非常敏感,將其放在中斷處理程序中執行;

如果一個任務中和硬件相關,將其放在中斷處理程序中執行;

如果一個任務要保證不被其他中斷(特別是相同的中斷)打斷,將其放在中斷處理程序執行;

其他所有任務,都應考慮放在下半部執行。

[下半部機制]

軟中斷

軟中斷保留給系統中對時間要求最嚴格以及最重要的下半部使用,目前只有兩個子系統(網絡和scsi)直接使用軟中斷。

Tasklet

Tasklet是利用軟中斷實現的一種下半部機制。在選擇使用軟中斷還是tasklet時,建議使用tasklet,除了網絡和SCSI情況。相比軟中斷,tasklet的接口更簡單,鎖保護要求較低。

工作隊列

工作隊列是可以把工作推後交由一個內核線程去執行,下半部總是會在進程上下文中執行,允許重新調度和睡眠。

三種下半部機制對比

下半部                                              

上下文                                             

順序執行保障                                                 

軟中斷

中斷

沒有

Tasklet

中斷

同類型不能同時執行

工作隊列

進程

沒有(和進程上下文一樣被調度)

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