《Linux内核设计与实现》读书笔记（七）- 中断处理
中斷處理一般不是純軟件來實現的，需要硬件的支持。通過對中斷的學習有助于更深入的了解系統的一些底層原理，特別是驅動程序的開發。
主要內容：
- 什么是中斷
- 中斷類型
- 中斷相關函數
- 中斷處理機制
- 中斷控制方法
- 總結
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1. 什么是中斷
為了提高CPU和外圍硬件(硬盤，鍵盤，鼠標等等)之間協同工作的性能，引入了中斷的機制。
沒有中斷的話，CPU和外圍設備之間協同工作可能只有輪詢這個方法：CPU定期檢查硬件狀態，需要處理時就處理，否則就跳過。
當硬件忙碌的時候，CPU很可能會做許多無用功（每次輪詢都是跳過不處理）。
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中斷機制是硬件在需要的時候向CPU發出信號，CPU暫時停止正在進行的工作，來處理硬件請求的一種機制。
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2. 中斷類型
中斷一般分為異步中斷(一般由硬件引起)和同步中斷(一般由處理器本身引起)。
異步中斷：CPU處理中斷的時間過長，所以先將硬件復位，使硬件可以繼續自己的工作，然后在適當時候處理中斷請求中耗時的部分。
舉個例子：網卡的工作原理
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這樣做避免了處理數據包時間過長導致網卡接收數據包速度變慢。
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同步中斷：CPU處理完中斷請求的所有工作后才反饋硬件
舉個例子：系統異常處理(比如運算中的除0操作)
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同步中斷應該處理能很快完成的一種中斷。
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3. 中斷相關函數
實現一個中斷，主要需要知道3個函數：
- 注冊中斷的函數
- 釋放中斷的函數
- 中斷處理程序的聲明
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3.1 注冊中斷的函數
??? 位置：<linux/interrupt.h>? include/linux/interrupt.h
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定義如下：
/** irg - 表示要分配的中斷號* handler - 實際的中斷處理程序* flags - 標志位，表示此中斷的具有特性* name - 中斷設備名稱的ASCII 表示，這些會被/proc/irq和/proc/interrupts文件使用* dev - 用于共享中斷線，多個中斷程序共享一個中斷線時(共用一個中斷號)，依靠dev來區別各個中斷程序* 返回值：* 執行成功：0* 執行失敗：非0*/ int request_irq(unsigned int irq,irq_handler_t handler,unsigned long flags,const char* name,void *dev)?
3.2 釋放中斷的函數
定義比較簡單：
void free_irq(unsigned int irq, void *dev)如果不是共享中斷線，則直接刪除irq對應的中斷線。
如果是共享中斷線，則判斷此中斷處理程序是否中斷線上的最后一個中斷處理程序，
??? 是最后一個中斷處理程序 -> 刪除中斷線和中斷處理程序
??? 不是最后一個中斷處理程序 -> 刪除中斷處理程序
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3.3 中斷處理程序的聲明
聲明格式如下：
/* * 中斷處理程序的聲明* @irp - 中斷處理程序(即request_irq()中handler)關聯的中斷號* @dev - 與 request_irq()中的dev一樣，表示一個設備的結構體* 返回值：* irqreturn_t - 執行成功：IRQ_HANDLED 執行失敗：IRQ_NONE*/ static irqreturn_t intr_handler(int, irq, void *dev)?
4. 中斷處理機制
中斷處理的過程主要涉及3函數：
- do_IRQ 與體系結構有關，對所接收的中斷進行應答
- handle_IRQ_event 調用中斷線上所有中斷處理
- ret_from_intr 恢復寄存器，將內核恢復到中斷前的狀態
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處理流程可以參見書中的圖，如下：
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5. 中斷控制方法
常用的中斷控制方法見下表：
| 函數 | 說明 |
| local_irq_disable() | 禁止本地中斷傳遞 |
| local_irq_enable() | 激活本地中斷傳遞 |
| local_irq_save() | 保存本地中斷傳遞的當前狀態，然后禁止本地中斷傳遞 |
| local_irq_restore() | 恢復本地中斷傳遞到給定的狀態 |
| disable_irq() | 禁止給定中斷線，并確保該函數返回之前在該中斷線上沒有處理程序在運行 |
| disable_irq_nosync() | 禁止給定中斷線 |
| enable_irq() | 激活給定中斷線 |
| irqs_disabled() | 如果本地中斷傳遞被禁止，則返回非0；否則返回0 |
| in_interrupt() | 如果在中斷上下文中，則返回非0；如果在進程上下文中，則返回0 |
| in_irq() | 如果當前正在執行中斷處理程序，則返回非0；否則返回0 |
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總結
中斷處理對處理時間的要求很高，如果一個中斷要花費較長時間，那么中斷處理一般分為2部分。
上半部只做一些必要的工作后，立即通知硬件繼續自己的工作。
中斷處理中耗時的部分，也就是下半部的工作，CPU會在適當的時候去完成。
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