linux内核是如何处理中断的

中断是现代CPU工作的重要组曾部分。例如，每当你按下键盘上的按键，CPU就会产生中断，PC就会从键盘上读取您收入的内容。这个过程发生的很快，以至于对您的用户体验并不会带来任何的改变和损坏。

此外，键盘并不是唯一能触发中断的组件。大体上来说，总共有三种类型的事件能够导致CPU产生中断：硬件中断，软件中断，以及异常事件。

中断的定义

一个中断请求（IRQ）是可编程中断控制器（PIC）发出的，PIC是为了中断CPU以执行中断服务程序（ISR）。ISR是处理由IRQ产生的数据的一个小程序，电脑中正在运行的处理会因为中断的产生而停止，直到ISR运行结束。

在早年间，IRQs是被独立的微芯片PIC处理的，I/O设备都是被PIC进行有线链接的。PIC能够管理多种硬件IRQs，还能直接对CPU进行操作。当IRQ被触发的时候，PIC会对CPU写入数据并会拉起中断请求的引脚。

在今天，IRQs是被高级可编程中断控制器（APIC）处理的，APIC是CPU的一部分。每个内核都有自己的APIC。

中断类型

中断可由其产生的原因分为三类：

硬件中断

当硬件设备想要告诉CPU一些数据（例如，键盘输入或者包到了网端接口）准备好被收拾的时候，它就会向CPU发送IRQ作为数据可用的信号。这就会调用在内核启动时由硬件驱动注册的特殊的ISR。

软件中断

当你看小视频的时候，音频和画面的播放的同步化是非常重要的，这样音乐的速度才不会发生变化。这个是通过由精确的计时器系统反复激起的软件中断来实现的。这个计时器能够使你的音乐播放器同步。软件中断也能被一个特殊的指令调用，去对硬件设备进行数据的读取或者写入。

当系统的实时能力被强调的时候（在工业级别的应用里）软件中断是很重要的。

异常

异常可能就是你理解意义上的中断了。当CPU执行一个命令导致被零除或者页码错误的时候，其他的执行都会被中断。在这样的例子里，您会被窗口弹出或者通过控制台显示的分段错误所告知。但事实上并不是所有的异常都是由于错误的指令。

异常进一步可以分故障，陷阱和异常终止

故障：是系统可以纠正的异常，例如，当某个进程试图从已交换到硬盘驱动器的内存页面访问数据时。请求的地址在进程地址空间内，并且访问权限正确。如果RAM中不存在该页面，则会引发IRQ，并启动页面错误异常处理程序以将所需的内存页面加载到RAM中。如果操作成功，将继续执行。

陷阱：陷阱主要用于调试。如果在程序中设置断点，则会插入一条特殊指令，使该指令触发陷阱。陷阱可以触发上下文切换，从而允许调试器读取和显示局部变量的值。之后可以继续执行。陷阱也是执行系统调用的默认方式（例如终止进程）。

终止：终止是有硬件故障或者表中的值不一致引起的。终止不报告导致异常的指令的位置。这些都是最重要的中断。一个终止可以调用系统的终止异常处理程序，该处理程序终止导致它的产生。

上手去看看

RQ在APIC上的向量中按优先级排序（0 =最高优先级）。前32个中断（0-31）具有由CPU指定的固定顺序。后续的IRQ可以不同地分配。中断描述符表（IDT）包含IRQ和ISR之间的分配。Linux为分配定义了一个从0到256的IRQ向量。

要在系统上打印已注册中断的列表，请打开控制台并键入：

cat /proc/interrupts

您应该会看到以下内容：

从左到右，这些列是：IRQ向量，每个CPU的中断计数（0 .. n），硬件源，硬件源的通道信息以及引起IRQ的设备名称。

在表格的底部，有一些非数字中断。它们是特定于体系结构的中断，例如IRQ 236上的本地计时器中断（LOC）。其中一些是在Linux内核源代码树的Linux IRQ矢量布局中指定的。

要获取此表的实时视图，请运行：

watch -n1 "cat /proc/interrupts"

正确的IRQ处理对于硬件，驱动程序和软件的正确交互至关重要。幸运的是，Linux内核确实做得很好，普通的PC用户几乎不会注意到有关内核整个中断处理的任何信息。

源：https://opensource.com/article/20/10/linux-kernel-interrupts

公众号：archlinux

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