把握linux内核设计思想(二):硬中断及中断处理
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操作系统负责管理硬件设备。为了使系统和硬件设备的协同工作不减少机器性能。系统和硬件的通信使用中断的机制,也就是让硬件在须要的时候向内核发出信号,这样使得内核不用去轮询设备而导致做非常多无用功。
也就是说,内核随时可能由于新到来的中断而被打断。
当接收到一个中断后,中断控制器会给处理器发送一个电信号,处理器检測到该信号便中断自己当前工作而处理中断。
中断处理程序运行与中断上下文,中断上下文中运行的代码不可堵塞,应该高速运行,这样才干保证尽快恢复被中断的代码的运行。中断处理程序是管理硬件驱动的驱动程序的组成部分,假设设备使用中断。那么对应的驱动程序就注冊一个中断处理程序。
extern int __must_check
request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags,
const char *name, void *dev);
static inline int __must_check
request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags,
const char *name, void *dev)
{
return request_threaded_irq(irq, handler, NULL, flags, name, dev);
} int request_threaded_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler,
irq_handler_t thread_fn, unsigned long irqflags,
const char *devname, void *dev_id)
{
struct irqaction *action;
struct irq_desc *desc;
int retval;
/*
* handle_IRQ_event() always ignores IRQF_DISABLED except for
* the _first_ irqaction (sigh). That can cause oopsing, but
* the behavior is classified as "will not fix" so we need to
* start nudging drivers away from using that idiom.
*/
if ((irqflags & (IRQF_SHARED|IRQF_DISABLED)) ==
(IRQF_SHARED|IRQF_DISABLED)) {
pr_warning(
"IRQ %d/%s: IRQF_DISABLED is not guaranteed on shared IRQs\n",
irq, devname);
}
#ifdef CONFIG_LOCKDEP
/*
* Lockdep wants atomic interrupt handlers:
*/
irqflags |= IRQF_DISABLED;
#endif
/*
* Sanity-check: shared interrupts must pass in a real dev-ID,
* otherwise we'll have trouble later trying to figure out
* which interrupt is which (messes up the interrupt freeing
* logic etc).
*/
if ((irqflags & IRQF_SHARED) && !dev_id)
return -EINVAL;
desc = irq_to_desc(irq);
if (!desc)
return -EINVAL;
if (desc->status & IRQ_NOREQUEST)
return -EINVAL;
if (!handler) {
if (!thread_fn)
return -EINVAL;
handler = irq_default_primary_handler;
}
//分配一个irqaction
action = kzalloc(sizeof(struct irqaction), GFP_KERNEL);
if (!action)
return -ENOMEM;
action->handler = handler;
action->thread_fn = thread_fn;
action->flags = irqflags;
action->name = devname;
action->dev_id = dev_id;
chip_bus_lock(irq, desc); //将创建并初始化完在的action增加desc
retval = __setup_irq(irq, desc, action);
chip_bus_sync_unlock(irq, desc);
if (retval)
kfree(action);
#ifdef CONFIG_DEBUG_SHIRQ
if (irqflags & IRQF_SHARED) {
/*
* It's a shared IRQ -- the driver ought to be prepared for it
* to happen immediately, so let's make sure....
* We disable the irq to make sure that a 'real' IRQ doesn't
* run in parallel with our fake.
*/
unsigned long flags;
disable_irq(irq);
local_irq_save(flags);
handler(irq, dev_id);
local_irq_restore(flags);
enable_irq(irq);
}
#endif
return retval;
}
/*
* XXX Interrupt pin #7 in Espresso is shared between RTC and
* PCI Slot 2 INTA# (and some INTx# in Slot 1).
*/
if (request_irq(rtc_irq, rtc_interrupt, IRQF_SHARED, "rtc",
(void *)&rtc_port)) {
rtc_has_irq = 0;
printk(KERN_ERR "rtc: cannot register IRQ %d\n", rtc_irq);
return -EIO;
}
/*
* A very tiny interrupt handler. It runs with IRQF_DISABLED set,
* but there is possibility of conflicting with the set_rtc_mmss()
* call (the rtc irq and the timer irq can easily run at the same
* time in two different CPUs). So we need to serialize
* accesses to the chip with the rtc_lock spinlock that each
* architecture should implement in the timer code.
* (See ./arch/XXXX/kernel/time.c for the set_rtc_mmss() function.)
*/
static irqreturn_t rtc_interrupt(int irq, void *dev_id)
{
/*
* Can be an alarm interrupt, update complete interrupt,
* or a periodic interrupt. We store the status in the
* low byte and the number of interrupts received since
* the last read in the remainder of rtc_irq_data.
*/
spin_lock(&rtc_lock); //保证rtc_irq_data不被SMP机器上其它处理器同一时候訪问
rtc_irq_data += 0x100;
rtc_irq_data &= ~0xff;
if (is_hpet_enabled()) {
/*
* In this case it is HPET RTC interrupt handler
* calling us, with the interrupt information
* passed as arg1, instead of irq.
*/
rtc_irq_data |= (unsigned long)irq & 0xF0;
} else {
rtc_irq_data |= (CMOS_READ(RTC_INTR_FLAGS) & 0xF0);
}
if (rtc_status & RTC_TIMER_ON)
mod_timer(&rtc_irq_timer, jiffies + HZ/rtc_freq + 2*HZ/100);
spin_unlock(&rtc_lock);
/* Now do the rest of the actions */
spin_lock(&rtc_task_lock); //避免rtc_callback出现系统情况,RTC驱动同意注冊一个回调函数在每一个RTC中断到来时运行。
if (rtc_callback)
rtc_callback->func(rtc_callback->private_data);
spin_unlock(&rtc_task_lock);
wake_up_interruptible(&rtc_wait);
kill_fasync(&rtc_async_queue, SIGIO, POLL_IN);
return IRQ_HANDLED;
}
对于每条中断线。处理器都会跳到相应的一个唯一的位置。这样,内核就能够知道所接收中断的IRQ号了。初始入口点仅仅是在栈中保存这个号,并存放当前寄存器的值(这些值属于被中断的任务);然后,内核调用函数do_IRQ().从这里開始。大多数中断处理代码是用C写的。
do_IRQ()的声明例如以下:
/**
* handle_IRQ_event - irq action chain handler
* @irq: the interrupt number
* @action: the interrupt action chain for this irq
*
* Handles the action chain of an irq event
*/
irqreturn_t handle_IRQ_event(unsigned int irq, struct irqaction *action)
{
irqreturn_t ret, retval = IRQ_NONE;
unsigned int status = 0; //假设没有设置IRQF_DISABLED。将CPU中断打开。应该尽量避免中断关闭情况,本地中断关闭情况下会导致中断丢失。
if (!(action->flags & IRQF_DISABLED))
local_irq_enable_in_hardirq(); do { //遍历执行中断处理程序
trace_irq_handler_entry(irq, action);
ret = action->handler(irq, action->dev_id);
trace_irq_handler_exit(irq, action, ret); switch (ret) {
case IRQ_WAKE_THREAD:
/*
* Set result to handled so the spurious check
* does not trigger.
*/
ret = IRQ_HANDLED; /*
* Catch drivers which return WAKE_THREAD but
* did not set up a thread function
*/
if (unlikely(!action->thread_fn)) {
warn_no_thread(irq, action);
break;
} /*
* Wake up the handler thread for this
* action. In case the thread crashed and was
* killed we just pretend that we handled the
* interrupt. The hardirq handler above has
* disabled the device interrupt, so no irq
* storm is lurking.
*/
if (likely(!test_bit(IRQTF_DIED,
&action->thread_flags))) {
set_bit(IRQTF_RUNTHREAD, &action->thread_flags);
wake_up_process(action->thread);
}
/* Fall through to add to randomness */
case IRQ_HANDLED:
status |= action->flags;
break; default:
break;
} retval |= ret;
action = action->next;
} while (action); if (status & IRQF_SAMPLE_RANDOM)
add_interrupt_randomness(irq);
local_irq_disable();//关中断 return retval;
}
为了求得平衡,内核把中断处理工作分成两半。中断处理程序是上半部——接收到中断就開始运行。可以稍后完毕的工作推迟到下半部操作,下半部在合适的时机被开中段运行。比如网卡收到数据包时马上发出中断,内核运行网卡已注冊的中断处理程序,此处工作就是通知硬件拷贝最新的网络数据包到内存,然后将控制权交换给系统之前被中断的任务,其它的如处理和操作数据包等任务被放到随后的下半部中去运行。
下一节我们将了解中断处理的下半部。
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