Linux内核设计与实现——中断和中断处理

操作系统的核心任务，包含对硬件设备的有效管理，为了避免轮询（周期性检查），通过中断机制，即硬件在需要的时候向内核发出信号。

1.中断

硬件——电信号——中断控制器——处理器
每个中断有唯一的数字标志

异常：处理器执行时产生错误指令（除0）或者特殊情况（缺页）等，必须依靠内核来处理的时候，处理器回产生一个异常

2. 中断处理程序

响应特定中断时，会通过中断向量表找到一个对应的中断处理程序，被内核调用来响应中断的，运行于中断上下文的特殊上下文中。

3. 上半部与下半部的对比

中断处理程序要快！ VS 中断处理程序完成的工作量多!
把中断处理切为两个部分，

• 上半部是接收到中断就立即执行，但是只做有严格时限的工作
• 能够允许稍后完成的工作会推迟到下半部，在合适的时机，下半部会开中断执行

4. 注册中断处理程序

/*
 * irg     - 表示要分配的中断号
 * handler - 实际的中断处理程序
 * flags   - 标志位，表示此中断的具有特性
 * name    - 中断设备名称的ASCII 表示，这些会被/proc/irq和/proc/interrupts文件使用
 * dev     - 用于共享中断线，多个中断程序共享一个中断线时(共用一个中断号)，依靠dev来区别各个中断程序
 * 返回值：
 * 执行成功：0
 * 执行失败：非0
 */
int request_irq(unsigned int irq,
                irq_handler_t handler,
                unsigned long flags,
                const char* name,
                void *dev)

释放中断处理程序：
void free_irq(unsigned int irq, void *dev)

5. 中断上下文

当执行一个中断处理程序的时候，内核处于中断上下文，与进程没啥关系，没有后备进程，所以不可以睡眠。
中断处理程序打断了其它的代码（甚至可能打断另一中断处理程序，以及软中断），所以必须快速，简洁

6. 中断处理机制的实现

如图

中断处理机制.png

ret_from_intr负责检查重新调度是否正在挂起，如果返回用户空间（也就是说中断的是用户空间），那么schedule()被调用，如果返回内核空间（中断的是内核本身），只有preempt_count为0时，schedule()才会被调用，否则抢占内核是不安全的。

7. 中断控制

控制中断是因为需要提供同步，通过禁止中断，可以确保某个中断处理程序不会抢占当前的代码，还可以禁止内核抢占。
同时，还需要保护机制来防止来自其他处理器的并发访问，内核代码一般都需要锁，伴随着禁止本地中断。
其实就是禁止中断提供保护机制，防止来自其他中断处理程序的并发访问。

函数	说明
local_irq_disable()	禁止本地中断传递
local_irq_enable()	激活本地中断传递
local_irq_save()	保存本地中断传递的当前状态，然后禁止本地中断传递
local_irq_restore()	恢复本地中断传递到给定的状态
disable_irq()	禁止给定中断线，并确保该函数返回之前在该中断线上没有处理程序在运行
disable_irq_nosync()	禁止给定中断线
enable_irq()	激活给定中断线
irqs_disabled()	如果本地中断传递被禁止，则返回非0；否则返回0
in_interrupt()	如果在中断上下文中，则返回非0；如果在进程上下文中，则返回0
in_irq()	如果当前正在执行中断处理程序，则返回非0；否则返回0