中断和异常
承接已有博客
中断：异步中断，由其他硬件设备依照CPU时钟信号随机产生，比如间隔定时器和IO设备
异常：同步中断，当指令执行时由CPU控制单元产生的，即程序的错误产生的
中断描述符表IDT
和异常或中断向量相关联，映射向量对应的异常或中断处理程序的入口地址
- 如何找到IDT：IDT在保护模式下可以在内存的任何位置，idtr寄存器里存放IDT的线性基地址及其限制
- Linux利用中断门（清IF标志，不响应中断请求）处理中断，利用陷阱门（不修改IF标志）处理异常
门描述符
IDT里的表项也叫门描述符
上半部
响应中断后关键而紧急的部分，内核立即执行，关中断执行，中断处理程序
中断处理程序
响应一个特定中断时，内核执行的函数
- 特点：
- 无需重入，因为Linux允许嵌套中断，但不允许同一中断处理程序嵌套
- 不允许睡眠（可以这样写，但理论上不应该允许睡眠），因为有时间限制
- 简单的划分标准
- 对时间非常敏感
- 和硬件相关
- 保证不被其他中断打断
下半部
响应中断后可以推迟的部分，内核随后执行，开中断执行。执行与中断处理密切相关但中断处理程序不执行的工作
- 原因：
- 中断处理程序（上半部）是异步执行，可能会打断其他重要进程，为了避免进程停止太久
- 中断处理程序执行时，会关中断，执行时间长会影响其他中断
- 处理时间：通常下半部在中断处理程序一返回就会马上运行
实现机制
软中断
静态定义的下半部接口，有32个
- 特点：
- 不允许睡眠
- 可以在所有处理器上同时执行，即便类型相同
- 需要自旋锁保护
- 采用单处理器数据
- 利用一些技巧避免显式加锁
- 必须是可重入函数，即函数执行过程被中断，返回时不会出现问题
- 用于性能需求比较高的情况
- 用于执行频率很高的情况
- 在编译期间静态注册
- 只有中断处理程序抢占软中断
- 执行时机
- 从上半部返回
- 显式检查待处理软中断
- 在ksoftirq内核线程中
- PS：一次完成固定数目的软中断，剩下的放入ksoftirq，避免用户进程饥饿得不到运行机会
tasklet
基于软中断（所以有软中断的基本特点）实现的的下半部接口，一般下半部使用tasklet
- 特点：
- 不允许睡眠
- 类型不同的tasklet可以在不同处理器上同时执行，但是类型相同的tasklet不能同时执行
- 可以通过代码动态注册
- 不必为可重入函数
工作队列
把工作推后，交由一个内核线程去执行——这个下半部分总会在进程上下文中执行
- 特点：
- 允许重新调度或者睡眠
- 这也是选择软中断tasklet还是选择工作队列需要考虑的
- 每个处理器对应一个内核线程
- 也是一次执行所有延迟工作
- 链表上有对象，状态设为TASK_RUNNING；链表上没有对象了，状态设为TASK_INTERRUPTIBLE
- 允许重新调度或者睡眠
do_softirq函数
处理固定个数的软中断，过量软中断交给ksoftirq线程
ksoftirqd内核线程
执行软中断的一个内核线程，每个CPU都有自己的
- 解决的问题：比如网卡上数据报泛滥会高频率激活软中断，即过量软中断造成用户进程饥饿无法运行
- 解决策略：do_softirq把过量的软中断交给ksoftirq线程
有关内核栈
- 如果内核栈是8KB，那么当前被中断进程的内核栈被用作中断栈
- 如果内核栈是4KB，内核就使用3种类型的内核栈
- 异常栈：用于处理异常，比如系统调用。共用内核栈
- 硬中断请求栈：用于处理中断，每个CPU一个，4KB
- 软中断请求栈：用于处理下半部，每个CPU一个，4KB
