wdk tips (3): IRQL

今天我们来聊聊IRQL，这是驱动新手的梦魇，想想看多少BSOD是因为IRQL不对引起的。这也是*NIX类内核开发人员最喜欢的吐槽点之一，你看linux里就没有这个概念，我们还不是活的好好的？我偶尔有时候能得着一些空，也会问一样的问题：为毛？为毛要有这东西存在！后来我想通了。

我们先聊passive level和interrupt level。passive level是普通级别，同时也是优先级最低的，所有的用户态线程和大部分的内核态线程都会在这个级别上运行。interrupt level则是中断服务例程的运行级别。这两者有差很好理解，几乎所有os教程里都有告诫我们中断服务例程要尽可能快的完成，并且不能被其他线程抢占，也不能主动交出运行权（也就是sleep）。nt内核里的中断没有属于自己的栈，它会抢占当前运行线程的栈使用，抢到谁就算谁倒霉，linux内核似乎看配置，栈大小配为4k的时候也是抢别人的用。倘若中断服务例程可以被抢占（也就是换出），那么这些上下文就存在了别人的栈顶上。考虑这么一种情况：中断服务例程抢了线程T1的栈使用，运行到一半被线程T2抢占了，T2这个倒霉催的刚运行一点点时间也被换出，新上位的正好是T1，这下问题就来了。T1并不是因为线程切换才被抢占的，它是被中断抢了，中断换出前T1的上下文并没有被保留，所以恢复也成了不可能完成的任务。为了防止此类情况的发生，中断服务例程必须不能被其他线程抢占，它在T1的栈上做事情，做完后清理栈然后把还给T1继续运行，在T1看来就跟什么都没发生过一样。要做到这一点其实很容易，只要在运行中断服务例程前关闭所有其他中断即可，事实上linux也真是这么做的（如果我错了请千万告诉我），但是nt内核的设计者想的就有点多，他们觉得关闭所有中断似乎太暴力，即使名字都叫中断，那也得有个轻重缓急之分嘛，断电的中断就比硬盘中断急的多不是。所以他们决定给这类抢占别人的能力分个等级，（硬件）中断在interrupt level，在它之上还有N个等级，即使中断服务例程正在运行，这N个高等级的任务还是可以抢人家鸡蛋。完整的权限等级请自行google。

再来聊apc level和dpc level。这俩等级和体系结构没什么关系，纯粹是跟nt的实现机制有关的。apc提供了一个方法，能让一个线程侵入到别的线程，委托别的线程做一些自己想干的事情，比如进程要退出时，发起退出动作的那个线程会给进程里所有的线程都插一个apc，而该apc做的事情就是结束本线程。再比如上两回我们一直说的CompleteRoutine，也是用apc机制完成的。你可以把apc看成是类似*NIX信号的东东。dpc做的事情和apc有些相似，都是把某些工作委托给别人做，不过apc依附在线程上，而dpc是独立的，每个cpu都有一个dpc队列，线程调度前会先检查dpc队列，如果非空，会先做dpc再挑线程。这个概念和linux中的下半部很相似，大致想法就是中断服务例程越简短越好，其他事情弄个什么方式延后处理。nt内核中有一个时钟每隔一段时间interrupt一次并发出一个dpc，该dpc做的事情就是检测当前运行的线程是否已经用完了自己的时间片，如果用完了，则让它进入wait状态并挑个别的线程执行。所以我们看到，nt内核里的线程调度是运行在dpc级别的，倘若在dpc级别运行的东西要做sleep的动作，死锁就要发生了：我要睡觉了，我主动交出运行权-->调度器试图运行，发现它的级别也是dpc level-->抢占不了，同等级的人是不能相互抢占的。城管可以抢小商贩，但去抢拆迁队那还了得。-->you got a deadlock!。

总体来讲，passive level和interrupt level是显而易见的，也很好理解，apc level和dpc level则是nt实现机制引入的，其实看着烦人，但都很有用。再反过头来看，linux中真的没有IRQL的概念吗？未必，passive level和interrupt level是必然存在的，下半部可以看成是dpc，信号可以看成是apc，四个等级里前三者和nt内核一致，只有apc和信号有差别。所以我们说内核这个东西，发展思路已经日趋一致，正所谓大江大河汇入海，都一样。