Linux内核：关于中断你需要知道的【转】
轉自：http://blog.csdn.net/duqi_2009/article/details/38009717
1、中斷處理程序與其他內(nèi)核函數(shù)真正的區(qū)別在于，中斷處理程序是被內(nèi)核調(diào)用來相應中斷的，而它們運行于中斷上下文（原子上下文）中，在該上下文中執(zhí)行的代碼不可阻塞。中斷就是由硬件打斷操作系統(tǒng)。
2、異常與中斷不同，它在產(chǎn)生時必須考慮與處理器時鐘同步。異常被稱為同步中斷，例如：除0、缺頁異常、陷入內(nèi)核（trap）引起系統(tǒng)調(diào)用處理程序異常。
3、不同的設備對應的中斷不同，而每個中斷都通過一個唯一的數(shù)字（中斷號）標識。
4、既想讓中斷處理程序運行得快，又想中斷處理程序完成的工作量多，為了在這兩個相悖的目標之間達到一種平衡，一般把中斷處理分為兩個部分。中斷處理程序是上半部（top half）：接收到一個中斷，它就立刻開始執(zhí)行，但只做有嚴格時限的工作，例如對接受的中斷進行應答或者復位硬件，這些工作都是在中斷被禁止的情況下完成的（上半部情況下，中斷被禁止）；另一部分是下半部（bottom half）：能夠被允許稍后完成的工作會推遲到下半部。
（1）為什么要用下半部？
中斷處理程序執(zhí)行的時候，當前中斷號對應的中斷在所有處理器上都會被屏蔽；更糟糕的是，如果處理器程序是IRQF_DISABLED類型，它執(zhí)行的時候會把本地的所有中斷都屏蔽。然而，縮短中斷被屏蔽的時間對系統(tǒng)的響應能力和性能都至關重要，所以，我們應該盡力縮短中斷處理程序的時間，辦法就是把一些工作放到以后去做。關鍵是：在下半部運行的時候，允許響應所有中斷。
（2）劃分中斷上半部和下半部的借鑒原則：
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- 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(zhí)行
- 如果一個任務和硬件相關，將其放在中斷處理程序中執(zhí)行。
- 如果一個任務要保證部被其他中斷（特別是相同的中斷）打斷，將其放置在中斷處理程序中執(zhí)行。
- 其他所有任務，考慮放置在下半部執(zhí)行
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5、例子，網(wǎng)卡驅動程序，當網(wǎng)卡接收到來自網(wǎng)路的數(shù)據(jù)包時，需要通知內(nèi)核數(shù)據(jù)包到了。中斷處理程序（top half）立即開始執(zhí)行：通知硬件，拷貝最新的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)到內(nèi)存，然后讀取網(wǎng)卡更多的數(shù)據(jù)包，這些工作非常緊迫，因為網(wǎng)卡上接受數(shù)據(jù)包的緩存大小固定；下半部：執(zhí)行處理和操作數(shù)據(jù)包的其他工作。
6、Linux提供的實現(xiàn)下半部的機制：（上半部的實現(xiàn)機制只有一種：中斷處理程序）
在Linux內(nèi)核2.6中，內(nèi)核提供了三種不同形式的下半部實現(xiàn)機制：軟中斷、tasklet和工作隊列。這三種機制從2.3開始引入。軟中斷用的比較少，tasklet是下半部更常用的一種形式，但是，tasklet是基于軟中斷實現(xiàn)的。
（1）如果你想加入一個新的軟中斷，首先應該問問自己為什么用tasklet實現(xiàn)不了，目前只有兩個子系統(tǒng)（網(wǎng)絡和SCSI）直接使用軟中斷。軟中斷只有在那些執(zhí)行頻率很高和連續(xù)性很高的情況下才需要使用。如果不需要擴展到多個處理器，那么就使用tasklet吧。tasklet本質(zhì)上也是軟中斷，只不過同一個處理器程序的多個實例不能再多個處理器上同時運行。
下半部何時調(diào)用？內(nèi)核在執(zhí)行完中斷處理器程序以后，do_softirq()函數(shù)，于是軟中斷開始執(zhí)行中斷處理程序留給它去完成的剩余任務。大部分tasklet和軟中斷都是在中斷處理程序中被設置成待處理狀態(tài)，所以最近一個中斷返回的時候就是執(zhí)行do_softirq()的最佳時機。
（2）tasklet_action()和tasklet_hi_action()是tasklet處理的核心。
（3）ksoftirqd輔助線程：每個處理器都有一組輔助處理軟中斷（和tasklet）的內(nèi)核線程，當內(nèi)核中出現(xiàn)大量軟中斷的時候，這些內(nèi)核進程就會輔助處理它們。當一個軟中斷正在執(zhí)行時，可能會再次觸發(fā)它自己，內(nèi)核目前采取的方案是：不會立即處理重新觸發(fā)的軟中斷，在大量軟中斷出現(xiàn)的時候，內(nèi)核會喚醒一組內(nèi)核線程(nice值是19)來處理這些負載。
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（4）工作隊列（work queue）是另一種將工作任務推后的方式，與軟中斷和tasklet都不相同。工作隊列把工作交給一個內(nèi)核線程去執(zhí)行——這個下半部總是在進程上下文中執(zhí)行，最重要的，工作隊列允許重新調(diào)度甚至睡眠。所以，如果推后執(zhí)行的任務需要睡眠，那么就選擇工作隊列；如果推后的任務不需要睡眠，那么就選擇軟件中斷或者tasklet。如果需要使用一個可以重新調(diào)度的實體來執(zhí)行當前中斷的下半部任務，就應該使用工作隊列。工作隊列是唯一能在進程上下文中運行的下半部實現(xiàn)機制，也只有它才可以睡眠（關鍵是看你的任務是否需要睡眠）。盡管工作隊列的操作處理函數(shù)運行在進程上下文中，但是它不能訪問用戶空間，因為該內(nèi)核線程在用戶空間沒有相關的內(nèi)存映射。
注意：mmc驅動中用到了工作隊列~
Notice：通常在發(fā)生系統(tǒng)調(diào)用時，內(nèi)核會代表用戶空間的進程運行，此時它才能訪問用戶空間，也只有在此時它才會映射用戶空間的內(nèi)存。
（5）下半部機制的選擇
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| 下半部 | 上下文 | 順序執(zhí)行保障 |
| 軟中斷 | 中斷 | 沒有 |
| tasklet | 中斷 | 同類型不能同時執(zhí)行 |
| 工作隊列 | 進程 | 沒有（和進程上下文一樣被調(diào)度） |
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從易用性角度來看：工作隊列 > tasklet > 軟中斷
總結：驅動程序的編寫者，需要做兩個選擇。首先，你是不是需要一個可調(diào)度的實體來執(zhí)行需要推后完成的工作——從根本上來說，你需要推后的工作任務有休眠的需要嗎？要是有，那么工作隊列就是唯一的選擇；否則最好用tasklet。其次，如果必須專注于性能的提高，那么就考慮軟中斷吧~
（6）使用下半部機制時，即使是在一個單處理器的系統(tǒng)上，避免共享數(shù)據(jù)的訪問也是至關重要的。禁止下半部的函數(shù)有l(wèi)ocal_bh_disable()和local_bh_enable()，這兩個函數(shù)只能禁止和激活本地處理器的軟中斷和tasklet。因為工作隊列是在進程上下文中運行的，不會涉及異步執(zhí)行的問題，所以也就沒必要禁止它們執(zhí)行。
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7、在驅動程序中，要申請中斷（注冊中斷處理程序）
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??irq? 需要申請的irq編號，對于ARM體系，irq編號通常在平臺級的代碼中事先定義好，有時候也可以動態(tài)申請。
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??handler? 中斷服務回調(diào)函數(shù)，該回調(diào)運行在中斷上下文中，并且cpu的本地中斷處于關閉狀態(tài)，所以該回調(diào)函數(shù)應該只是執(zhí)行需要快速響應的操作，執(zhí)行時間應該盡可能短小，耗時的工作最好留給下面的thread_fn回調(diào)處理。
??thread_fn? 如果該參數(shù)不為NULL，內(nèi)核會為該irq創(chuàng)建一個內(nèi)核線程，當中斷發(fā)生時，如果handler回調(diào)返回值是IRQ_WAKE_THREAD，內(nèi)核將會激活中斷線程，在中斷線程中，該回調(diào)函數(shù)將被調(diào)用，所以，該回調(diào)函數(shù)運行在進程上下文中，允許進行阻塞操作。
??flags? 控制中斷行為的位標志，IRQF_XXXX，例如：IRQF_TRIGGER_RISING，IRQF_TRIGGER_LOW，IRQF_SHARED等，在include/linux/interrupt.h中定義。
??name? 申請本中斷服務的設備名稱，同時也作為中斷線程的名稱，該名稱可以在/proc/interrupts文件中顯示。
??dev? 當多個設備的中斷線共享同一個irq時，它會作為handler的參數(shù)，用于區(qū)分不同的設備。free_irq()函數(shù)調(diào)用的時候，dev的作用就體現(xiàn)出來了。
8、irq_handler_t的類型定義如下：
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用typedef 定義了一個函數(shù)指針類型irq_handler_t，指向的函數(shù)原型返回類型為 irqreturn_t ?；它接收的參數(shù)類型就是int 和void* 兩個參數(shù)
9、request_threaded_irq()函數(shù)是可以睡眠的，因為request_threaded_irq()-->proc_mkdir()-->proc_create()-->kmalloc()，而kmalloc()是可以睡眠的。所以，不能在中斷上下文中調(diào)用該函數(shù)。
10、先初始化硬件，然后再注冊中斷處理程序，以防止中斷處理程序在設備初始化完成之前就開始執(zhí)行。
11、free_irq()：如果在給定的中斷線上沒有中斷處理程序，則注銷響應的處理程序，并禁用其中斷線。
12、中斷處理程序即使什么工作也不做，至少需要知道產(chǎn)生中斷的設備，告訴它已經(jīng)收到中斷了；對于復雜的設備，可能還需要在中斷處理器程序中發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，以及執(zhí)行一些擴充的工作。這些擴充的工作盡可能被推遲到下半部(bottom half)去完成。
13、中斷線和中斷號是兩個相同的概念，irq
14、Linux中的中斷處理程序是無需重入的，當一個給定的中斷處理程序正在執(zhí)行時，相應的中斷號在所有處理器上都是被屏蔽掉；所以，同一個中斷處理程序絕對不會被同時調(diào)用以處理嵌套中斷。
15、進程上下文：一種內(nèi)核所處的操作模式，此時內(nèi)核代表進程執(zhí)行——例如，執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用或者運行內(nèi)核線程。在進程上下文中，可以通過current宏關聯(lián)當前進程。又因為進程是以進程上下文的形式連接到內(nèi)核的，因此，進程上下文可以睡眠，也可以調(diào)用調(diào)度程序。
16、中斷上下文：與進程沒什么關系，與current宏也沒有關系，所以中斷上下文不可以睡眠，在中斷上下文中不可以調(diào)用任何可能睡眠的函數(shù)。
17、中斷處理程序打斷了其他的代碼的執(zhí)行，所以中斷上下文中的代碼應該簡潔、迅速，盡可能把工作從中斷處理程序中分離出來，放在下半部執(zhí)行。
18、中斷處理程序棧的設置是一個內(nèi)核配置項，如果有的話，是1頁大小，即4KB
19、控制中斷系統(tǒng)的原因歸根結底是需要提供同步。禁止中斷提供保護機制，防止來自其他中斷程序的并發(fā)訪問，也能夠禁止內(nèi)核搶占；鎖提供保護機制，防止來自其他處理器的并發(fā)訪問(SMP系統(tǒng)需要考慮)
轉載于:https://www.cnblogs.com/sky-heaven/p/5531416.html
總結
以上是生活随笔為你收集整理的Linux内核：关于中断你需要知道的【转】的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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