Linux内核学习之中断(1)

Linux内核学习之中断

[中断概述]

中断本质上是一种特殊的电信号，由硬件设备发向处理器。异常和中断的不同是异常在产生时必须考虑与处理器时钟同步。实际上异常也常常称为同步中断。比如在除0或者缺页时，必须靠内核处理的时候，处理器就会产生一个异常。

 

[中断处理机制的实现]

                                                        中断从硬件到内核的路由

设备产生中断，通过总线把电信号发送给中断控制器。如果中断线是激活的(它们允许被屏蔽的)，那么中断控制器就会把中断发往处理器。在大多数体系结构中，这个工作就是通过电信号给处理器的特定管脚发送一个信号。除非在处理器上禁止该中断，否则处理器会立即停止它正在做的事，关闭中断系统，然后跳到内存中预定的位置开始执行那里的代码。这个预定义的位置是由内核设置的，是中断处理程序的入口点。

 

[中断处理程序]

在响应一个特定中断的时候，内核会执行一个函数，该函数叫做中断处理程序(interrupt handler)也叫做中断服务例程(interrupt service routine)。

中断处理程序就是一个普普通通的C函数，但是它与其他内核函数的真正区别在于，中断处理程序是被内核调用来响应中断的，它运行于中断上下文中。

 

注册中断处理程序：

static inline int __must_check

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

             const char *name, void *dev)

irq：分配的中断号

handler：中断处理函数程序的指针 typedefirqreturn_t (*irq_handler_t)(int, void *);

flags：中断类型

name：与中断相关的设备的名字；

dev：用于共享中断，因为可能在一条中断线上有几个设备，dev用来区分是哪个设备产生的中断

 

中断上下文和进程上下文对比

	中断上下文	进程上下文
定义	当执行一个中断处理程序时，内核处于中断上下文中	当程序调用了系统调用或者触发了某个异常，它就陷入了内核空间，此时，内核代表进程执行并处于进程上下文中。
睡眠情况	不可睡眠，不能被调度，也就是说中断上下文中不能使用有可能睡眠的函数	可睡眠，可调度
同步机制	自旋锁	都可

 

[中断上半部和下半部]

首先问自己一个问题，为什么要把中断分为上半部和下半部，难道一个就放在中断处理程序中不好吗？答案是否定的

中断的划分为我们解决了即想中断处理程序运行得快，又想中断处理程序完成的工作量多。

1、中断可以随时的打断其他正在执行的程序，如果被打断的代码对系统很重要，那么此时中断处理程序的执行时间应该是越短越好；

2、中断处理程序正在执行时，会屏蔽同条中断线上的中断请求；而更严重的是，如果设置了IRQF_DISABLED，那么该中断服务程序执行时会屏蔽所有其他的中断请求。那么此时应该让中断处理程序执行的越快越好。

上半部：一个快速、异步而简单的处理程序专门来负责对硬件的中断请求做出快速响应，与此同时也要完成那么些对时间要求很严格的操作；

下半部：那么对时间要求相对宽松，其他的剩余工作会在稍后的任意时间执行。

下面是对上半部和下半部的工作划分：

如果一个任务对时间非常敏感，将其放在中断处理程序中执行；

如果一个任务中和硬件相关，将其放在中断处理程序中执行；

如果一个任务要保证不被其他中断(特别是相同的中断)打断，将其放在中断处理程序执行；

其他所有任务，都应考虑放在下半部执行。

 

[下半部机制]

软中断

软中断保留给系统中对时间要求最严格以及最重要的下半部使用，目前只有两个子系统(网络和scsi)直接使用软中断。

 

Tasklet

Tasklet是利用软中断实现的一种下半部机制。在选择使用软中断还是tasklet时，建议使用tasklet，除了网络和SCSI情况。相比软中断，tasklet的接口更简单，锁保护要求较低。

 

工作队列

工作队列是可以把工作推后交由一个内核线程去执行，下半部总是会在进程上下文中执行，允许重新调度和睡眠。

 

三种下半部机制对比

下半部	上下文	顺序执行保障
软中断	中断	没有
Tasklet	中断	同类型不能同时执行
工作队列	进程	没有(和进程上下文一样被调度)