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linux内核是如何处理中断的

时间:2020-10-09 20:39:54      阅读:31      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:计时器   独立   cat   进一步   顺序   交互   aac   class   cpu   


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中断是现代CPU工作的重要组曾部分。例如,每当你按下键盘上的按键,CPU就会产生中断,PC就会从键盘上读取您收入的内容。这个过程发生的很快,以至于对您的用户体验并不会带来任何的改变和损坏。
此外,键盘并不是唯一能触发中断的组件。大体上来说,总共有三种类型的事件能够导致CPU产生中断:硬件中断,软件中断,以及异常事件。
中断的定义
一个中断请求(IRQ)是可编程中断控制器(PIC)发出的,PIC是为了中断CPU以执行中断服务程序(ISR)。ISR是处理由IRQ产生的数据的一个小程序,电脑中正在运行的处理会因为中断的产生而停止,直到ISR运行结束。
在早年间,IRQs是被独立的微芯片PIC处理的,I/O设备都是被PIC进行有线链接的。PIC能够管理多种硬件IRQs,还能直接对CPU进行操作。当IRQ被触发的时候,PIC会对CPU写入数据并会拉起中断请求的引脚。
在今天,IRQs是被高级可编程中断控制器(APIC)处理的,APIC是CPU的一部分。每个内核都有自己的APIC。
中断类型
中断可由其产生的原因分为三类:
硬件中断
当硬件设备想要告诉CPU一些数据(例如,键盘输入或者包到了网端接口)准备好被收拾的时候,它就会向CPU发送IRQ作为数据可用的信号。这就会调用在内核启动时由硬件驱动注册的特殊的ISR。
软件中断
当你看小视频的时候,音频和画面的播放的同步化是非常重要的,这样音乐的速度才不会发生变化。这个是通过由精确的计时器系统反复激起的软件中断来实现的。这个计时器能够使你的音乐播放器同步。软件中断也能被一个特殊的指令调用,去对硬件设备进行数据的读取或者写入。
当系统的实时能力被强调的时候(在工业级别的应用里)软件中断是很重要的。
异常
异常可能就是你理解意义上的中断了。当CPU执行一个命令导致被零除或者页码错误的时候,其他的执行都会被中断。在这样的例子里,您会被窗口弹出或者通过控制台显示的分段错误所告知。但事实上并不是所有的异常都是由于错误的指令。
异常进一步可以分故障,陷阱和异常终止
故障:是系统可以纠正的异常,例如,当某个进程试图从已交换到硬盘驱动器的内存页面访问数据时。请求的地址在进程地址空间内,并且访问权限正确。如果RAM中不存在该页面,则会引发IRQ,并启动页面错误异常处理程序以将所需的内存页面加载到RAM中。如果操作成功,将继续执行。
陷阱:陷阱主要用于调试。如果在程序中设置断点,则会插入一条特殊指令,使该指令触发陷阱。陷阱可以触发上下文切换,从而允许调试器读取和显示局部变量的值。之后可以继续执行。陷阱也是执行系统调用的默认方式(例如终止进程)。
终止:终止是有硬件故障或者表中的值不一致引起的。终止不报告导致异常的指令的位置。这些都是最重要的中断。一个终止可以调用系统的终止异常处理程序,该处理程序终止导致它的产生。
上手去看看
RQ在APIC上的向量中按优先级排序(0 =最高优先级)。前32个中断(0-31)具有由CPU指定的固定顺序。后续的IRQ可以不同地分配。中断描述符表(IDT)包含IRQ和ISR之间的分配。Linux为分配定义了一个从0到256的IRQ向量。
要在系统上打印已注册中断的列表,请打开控制台并键入:
cat /proc/interrupts
您应该会看到以下内容:
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从左到右,这些列是:IRQ向量,每个CPU的中断计数(0 .. n),硬件源,硬件源的通道信息以及引起IRQ的设备名称。
在表格的底部,有一些非数字中断。它们是特定于体系结构的中断,例如IRQ 236上的本地计时器中断(LOC)。其中一些是在Linux内核源代码树的Linux IRQ矢量布局中指定的。
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要获取此表的实时视图,请运行:
watch -n1 "cat /proc/interrupts"
正确的IRQ处理对于硬件,驱动程序和软件的正确交互至关重要。幸运的是,Linux内核确实做得很好,普通的PC用户几乎不会注意到有关内核整个中断处理的任何信息。
源:https://opensource.com/article/20/10/linux-kernel-interrupts
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公众号:archlinux
多多关注

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原文地址:https://www.cnblogs.com/xuarchlinux/p/13783241.html

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