SO2 课程 04——中断

中断

• 中断和异常（x86）
• 中断和异常（Linux）
• 可延迟的工作
• 定时器

中断

• 同步中断，由执行指令触发
• 异步中断，由外部事件触发
• 可屏蔽（maskable）中断
  • 可以被忽略
  • 通过 INT 引脚（pin）发出信号
• 非可屏蔽中断
  • 无法被忽略
  • 通过 NMI 引脚发出信号

异常

• 处理器检测到的异常
  • 故障（fault）
  • 陷阱（trap）
  • 中止（abort）
• 程序编程
  • int n

测验：中断术语

对于左侧的每个术语，请从右侧选择最能描述它们的术语。

可编程中断控制器

启用/禁用中断

• 在设备级别
  • 通过编程设备控制寄存器
• 在 PIC（可编程中断控制器）级别
  • 可以通过编程 PIC，来禁用给定的 IRQ（中断请求）线路
• 在 CPU 级别；例如，在 x86 架构上可以使用以下指令：

• cli（清除中断标志）
• sti（设置中断标志）

中断优先级

测验：硬件概念

下列哪些陈述是正确的？

• 当前中断完成前，CPU 可以开始处理新的中断
• 可以在设备级别上禁用中断
• 低优先级中断不能抢占高优先级中断的处理程序
• 可以在中断控制器级别上禁用中断
• 在 SMP 系统中，相同的中断可以路由到不同的 CPU
• 可以在 CPU 级别上禁用中断

中断描述符表

• 当触发给定向量时，CPU 将中断描述符表用作跳转表
• 它是由 256 个 8 字节条目组成的数组
• 可以位于物理内存中的任何位置
• 处理器通过 IDTR 来定位 IDT

中断描述符表条目（门）

中断处理程序地址

中断处理程序的栈

中断/异常嵌套

中断上下文

• 它是作为 IRQ 的结果而运行的（不是异常）
• 没有明确定义的进程上下文与之关联
• 不允许触发上下文切换（不能睡眠、调度或访问用户内存）

可延迟操作

• 在稍后的时间调度回调函数
• 中断上下文可延迟操作
• 进程上下文可延迟操作
• 用于初始化、调度和屏蔽的 API

软中断

软中断的 API 包括：

• 初始化：open_softirq()
• 激活：raise_softirq()
• 屏蔽：local_bh_disable() 、local_bh_enable()

一旦被激活，回调函数 do_softirq() 会在以下情况下运行：

• 在中断处理程序完成之后，或者
• 从内核线程 ksoftirqd 中运行

软中断的类型

/* 请尽量避免分配新的软中断（softirqs），除非你确实需要非常高频率的线程作业调度。
   对于几乎所有的需求，任务（tasklets）其实已经足够了。例如，所有串行设备的底半部（BHs）等都应该转换为任务（tasklets），而不是软中断。
*/

enum
{
   HI_SOFTIRQ=0,
   TIMER_SOFTIRQ,
   NET_TX_SOFTIRQ,
   NET_RX_SOFTIRQ,
   BLOCK_SOFTIRQ,
   IRQ_POLL_SOFTIRQ,
   TASKLET_SOFTIRQ,
   SCHED_SOFTIRQ,
   HRTIMER_SOFTIRQ,
   RCU_SOFTIRQ,    /* 最好将 RCU 设为最后一个软中断 */

   NR_SOFTIRQS
};

网络包泛洪示例

任务

任务是在中断上下文中运行的一种动态类型（不限于固定数量）的延迟工作。

任务的 API：

• 初始化：tasklet_init()
• 激活：tasklet_schedule()
• 屏蔽：tasklet_disable() 、tasklet_enable()

任务是基于两个专用软中断实现的：TASKLET_SOFITIRQ 和 HI_SOFTIRQ。

任务也是串行化的，即同一个任务只能在一个处理器上执行。

工作队列

工作队列是一种在进程上下文中运行的延迟工作。

它们是在内核线程的基础上实现的。

工作队列 API:

• 初始化：INIT_WORK
• 激活：schedule_work()

定时器

定时器是建立在:c:macro:`TIMER_SOFTIRQ`之上的。

定时器 API:

• 初始化：setup_timer()
• 激活：mod_timer()

可延迟操作摘要

• 软中断（softIRQ）
  • 在中断上下文中运行
  • 静态分配
  • 同一个处理程序可以在多个核心上并行运行
• 任务（tasklet）
  • 在中断上下文中运行
  • 可以动态分配
  • 同一个处理程序运行是串行化的
• 工作队列（workqueues）
  • 在进程上下文中运行