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Linux是一款廣泛應(yīng)用于服務(wù)器、嵌入式設(shè)備等領(lǐng)域的操作系統(tǒng)，它擁有一個(gè)穩(wěn)定高效的內(nèi)核。在linux內(nèi)核中，中斷是一個(gè)非常重要的機(jī)制，它能夠提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度、降低系統(tǒng)負(fù)荷，而中斷架構(gòu)則是實(shí)現(xiàn)這個(gè)機(jī)制的基礎(chǔ)。本文將從什么是中斷、中斷的分類(lèi)、中斷的處理流程以及中斷架構(gòu)等方面，。
1. 什么是中斷？
計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)，CPU需要不停地執(zhí)行指令，執(zhí)行指令的過(guò)程被稱(chēng)為“執(zhí)行流程”。在這個(gè)過(guò)程中，如果遇到了一些重要的事件，比如I/O設(shè)備完成了讀寫(xiě)等，系統(tǒng)就需要通過(guò)中斷方式通知CPU，暫停當(dāng)前的執(zhí)行流程，去處理這個(gè)事件。這個(gè)通知的過(guò)程，就叫做“中斷”。
一般來(lái)說(shuō)，中斷分為外部中斷和軟中斷兩種。外部中斷是指由硬件（如I/O設(shè)備）發(fā)起的中斷請(qǐng)求，通常被稱(chēng)為“IRQ”。軟中斷則是由操作系統(tǒng)內(nèi)部程序（如定時(shí)器、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等）發(fā)起的中斷請(qǐng)求，通常被稱(chēng)為“軟中斷”。
2. 中斷的分類(lèi)
中斷可以按照不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類(lèi)。下面就介紹幾種分類(lèi)方式。
2.1 按照中斷源的類(lèi)型分類(lèi)
中斷源可以分為兩類(lèi)：外部中斷源和內(nèi)部中斷源。其中，外部中斷源主要是指I/O設(shè)備的中斷請(qǐng)求，內(nèi)部中斷源則是指操作系統(tǒng)內(nèi)部的中斷請(qǐng)求。
2.2 按照中斷源的處理方式分類(lèi)
中斷源處理方式有兩種，分別是搶占(preemptive)和非搶占(non-preemptive)。搶占方式是指中斷可以打斷一個(gè)正在執(zhí)行的進(jìn)程，優(yōu)先處理中斷請(qǐng)求。非搶占方式則是指中斷只在進(jìn)程空閑時(shí)發(fā)生，并不能打斷正在執(zhí)行的進(jìn)程。大多數(shù)情況下，Linux內(nèi)核采用的是搶占方式。
2.3 按照中斷的優(yōu)先級(jí)分類(lèi)
中斷的優(yōu)先級(jí)是指在同一時(shí)間發(fā)生多個(gè)中斷請(qǐng)求時(shí)，由于處理資源有限，系統(tǒng)需要分配優(yōu)先級(jí)來(lái)決定中斷請(qǐng)求的處理順序。一般來(lái)說(shuō)，中斷的優(yōu)先級(jí)是根據(jù)I/O設(shè)備重要性、性能要求等因素來(lái)決定的。
3. 中斷的處理流程
中斷的處理流程一般可以分為以下幾個(gè)步驟。
3.1 中斷請(qǐng)求
當(dāng)硬件設(shè)備需要CPU的處理，會(huì)像CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。中斷請(qǐng)求可以被硬件產(chǎn)生，也可以是內(nèi)核程序產(chǎn)生的軟中斷請(qǐng)求。
3.2 中斷響應(yīng)
CPU接收中斷請(qǐng)求后，會(huì)檢查中斷是否被屏蔽。如果中斷被屏蔽，CPU不會(huì)處理該中斷請(qǐng)求；如果中斷沒(méi)有被屏蔽，CPU會(huì)暫停當(dāng)前指令的執(zhí)行，轉(zhuǎn)向中斷處理程序。
3.3 中斷處理程序
中斷處理程序是由內(nèi)核編寫(xiě)的一段代碼，用于處理中斷請(qǐng)求。中斷處理程序一般執(zhí)行如下的任務(wù)：
（1）備份CPU現(xiàn)場(chǎng)
（2）禁止新的中斷請(qǐng)求
（3）處理中斷請(qǐng)求
（4）恢復(fù)CPU現(xiàn)場(chǎng)
（5）開(kāi)啟新的中斷請(qǐng)求
3.4 中斷返回
中斷處理程序執(zhí)行完畢后，CPU會(huì)恢復(fù)中斷請(qǐng)求的處理過(guò)程，即恢復(fù)之前被打斷的程序的執(zhí)行。此時(shí)CPU會(huì)從之前的中斷請(qǐng)求處繼續(xù)執(zhí)行程序，并返回到之前的執(zhí)行位置。
4. 中斷架構(gòu)
中斷架構(gòu)是指Linux內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)中斷處理的機(jī)制。Linux的中斷架構(gòu)是非常復(fù)雜的，涉及到多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和流程控制。下面主要介紹中斷架構(gòu)的五個(gè)方面。
4.1 中斷控制器(IRQ)
中斷控制器是硬件設(shè)備的重要組成部分，負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)的中斷請(qǐng)求。Linux內(nèi)核中支持多種類(lèi)型的中斷控制器，包括PCI、ISA等。當(dāng)硬件設(shè)備發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，中斷控制器會(huì)將中斷請(qǐng)求發(fā)送給CPU，再由CPU進(jìn)行中斷處理。中斷控制器還可以實(shí)現(xiàn)中斷共享，提高設(shè)備效率。
4.2 中斷向量表(IVT)
中斷向量表是Linux內(nèi)核中的一張表，記錄了所有中斷的處理程序地址。當(dāng)硬件設(shè)備發(fā)出中斷請(qǐng)求后，操作系統(tǒng)會(huì)根據(jù)請(qǐng)求在中斷向量表中查找對(duì)應(yīng)的處理程序地址，并跳轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的地址運(yùn)行。
4.3 中斷處理程序(ISR)
中斷處理程序是針對(duì)每種硬件設(shè)備而編寫(xiě)的一段中斷處理程序。它負(fù)責(zé)對(duì)相應(yīng)的中斷請(qǐng)求進(jìn)行處理，包括獲取硬件設(shè)備的狀態(tài)、存儲(chǔ)處理結(jié)果等。
4.4 中斷處理線程
中斷處理線程是Linux內(nèi)核中的一種特殊的線程，它負(fù)責(zé)執(zhí)行ISR請(qǐng)求。中斷處理線程是Linux內(nèi)核中更高優(yōu)先級(jí)的線程，當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，中斷處理線程會(huì)立即執(zhí)行ISR請(qǐng)求。
4.5 中斷上下文
中斷上下文是Linux內(nèi)核中的一種特殊的執(zhí)行環(huán)境，用于保存中斷前的現(xiàn)場(chǎng)和中斷處理程序執(zhí)行中的所有變量及寄存器值。中斷上下文有硬件中斷上下文和軟件中斷上下文兩種，每種中斷上下文都是用于保存不同類(lèi)型的信息。
綜上所述，中斷是Linux內(nèi)核中非常重要的機(jī)制，它可提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度、降低系統(tǒng)負(fù)荷。 Linux內(nèi)核的中斷架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同類(lèi)型的中斷請(qǐng)求的管理和處理，在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中起著舉足輕重的作用。對(duì)于Linux內(nèi)核的開(kāi)發(fā)者和運(yùn)維人員來(lái)說(shuō)，深入理解中斷架構(gòu)的原理和實(shí)現(xiàn)是非常必要的。
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- 關(guān)于LINUX內(nèi)核中斷的幾個(gè)小問(wèn)題。。
linux內(nèi)核：異步中斷，搶占及P都是什么意思？
看看羅伯特。愛(ài)的內(nèi)核開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)把。很不錯(cuò)的。
異笑脊步中斷就是中斷的中斷源不是當(dāng)前進(jìn)程，其實(shí)硬件中斷都是異步的。
搶占是指高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程可以強(qiáng)占低優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程的運(yùn)行資源。
P，是對(duì)稱(chēng)多處理或升世的意思，就是幾個(gè)CPU核心對(duì)于內(nèi)存來(lái)衫肢講是地位相同的，沒(méi)有主次之分
關(guān)于LINUX內(nèi)核中斷的幾個(gè)小問(wèn)題。。
獲取時(shí)間放到timeval結(jié)構(gòu)中，秒和微秒形式
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