《Linux内核设计与实现》读书笔记（七）- 中断处理
中断处理一般不是纯软件来实现的，需要硬件的支持。通过对中断的学习有助于更深入的了解系统的一些底层原理，特别是驱动程序的开发。
主要内容：
- 什么是中断
- 中断类型
- 中断相关函数
- 中断处理机制
- 中断控制方法
- 总结
1. 什么是中断
为了提高CPU和外围硬件(硬盘，键盘，鼠标等等)之间协同工作的性能，引入了中断的机制。
没有中断的话，CPU和外围设备之间协同工作可能只有轮询这个方法：CPU定期检查硬件状态，需要处理时就处理，否则就跳过。
当硬件忙碌的时候，CPU很可能会做许多无用功（每次轮询都是跳过不处理）。
中断机制是硬件在需要的时候向CPU发出信号，CPU暂时停止正在进行的工作，来处理硬件请求的一种机制。
2. 中断类型
中断一般分为异步中断(一般由硬件引起)和同步中断(一般由处理器本身引起)。
异步中断：CPU处理中断的时间过长，所以先将硬件复位，使硬件可以继续自己的工作，然后在适当时候处理中断请求中耗时的部分。
举个例子：网卡的工作原理
- 网卡收到数据包后，向CPU发出中断信号，请求处理接收到的数据包
- CPU将收到的数据包拷贝到内存后，即通知网卡继续工作
- 至于数据包拷贝至内存后的处理会在适当的时候进行
这样做避免了处理数据包时间过长导致网卡接收数据包速度变慢。
同步中断：CPU处理完中断请求的所有工作后才反馈硬件
举个例子：系统异常处理(比如运算中的除0操作)
- 应用程序出现异常后，需要内核来处理
- 内核调用相应的异常处理函数来处理异常
- 处理完后终了应用程序或者给出message
同步中断应该处理能很快完成的一种中断。
3. 中断相关函数
实现一个中断，主要需要知道3个函数：
- 注册中断的函数
- 释放中断的函数
- 中断处理程序的声明
3.1 注册中断的函数
位置：<linux/interrupt.h> include/linux/interrupt.h
定义如下：
/* * 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)
3.2 释放中断的函数
定义比较简单：
void free_irq(unsigned int irq, void *dev)
如果不是共享中断线，则直接删除irq对应的中断线。
如果是共享中断线，则判断此中断处理程序是否中断线上的最后一个中断处理程序，
是最后一个中断处理程序 -> 删除中断线和中断处理程序
不是最后一个中断处理程序 -> 删除中断处理程序
3.3 中断处理程序的声明
声明格式如下：
/* * 中断处理程序的声明 * @irp - 中断处理程序(即request_irq()中handler)关联的中断号 * @dev - 与 request_irq()中的dev一样，表示一个设备的结构体 * 返回值： * irqreturn_t - 执行成功：IRQ_HANDLED 执行失败：IRQ_NONE */ static irqreturn_t intr_handler(int, irq, void *dev)
4. 中断处理机制
中断处理的过程主要涉及3函数：
- do_IRQ 与体系结构有关，对所接收的中断进行应答
- handle_IRQ_event 调用中断线上所有中断处理
- ret_from_intr 恢复寄存器，将内核恢复到中断前的状态
处理流程可以参见书中的图，如下：
5. 中断控制方法
常用的中断控制方法见下表：
|
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 |
总结
中断处理对处理时间的要求很高，如果一个中断要花费较长时间，那么中断处理一般分为2部分。
上半部只做一些必要的工作后，立即通知硬件继续自己的工作。
中断处理中耗时的部分，也就是下半部的工作，CPU会在适当的时候去完成。
