中断和异常处理程序的嵌套执行

https://blog.csdn.net/denglin12315/article/details/121703669

一、历史

早前的Linux内核版本，中断分为两种：

1. 快中断，申请的时候带IRQF_DISABLED标记，在IRQ HANDLER里面不允许新的中断进来;

2. 慢中断，申请的时候不带IRQF_DISABLED标记，在IRQ HANDLER里面允许新的其他中断嵌套进来。

老的Linux内核中，如果一个中断服务程序不想被别的中断打断，我们能看到这样的代码：

request_irq(FLOPPY_IRQ, floppy_interrupt,- IRQF_DISABLED, "floppy", NULL)

二、现在

在2010年如下的commit中，IRQF_DISABLED被作废了：

https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/commit/?id=e58aa3d2d0cc

它的commit log清晰地解释中断嵌套可能引入的一些risk，比如stack溢出等。也就是说，从这个commit开始，实际Linux已经不再支持中断的嵌套, 也没有快慢中断的概念了，IRQF_DISABLED标记也作废了。在IRQ HANDLER里面，无论一个中断设置还是不设置IRQF_DISABLED, 内核都不会开启CPU对中断的响应：

这个作废的IRQF_DISABLED标记，在内核已经没有任何的意义了。后来，这个标记本身，在内核里面也被删除了，彻底成为过往：

三、硬件

中断发生后，一般硬件会自动屏蔽CPU对中断的响应，而软件层面上，直到IRQ HANDLER做完，才会重新开启中断。比如，对于ARM处理器而言，exception进来的时候，硬件都会自动屏蔽中断：

也就是说，当ARM处理器收到中断的时候，它进入中断模式，同时ARM处理器的CPSR寄存器的IRQ位会被硬件设置为屏蔽IRQ。

Linux内核会在如下2个时候重新开启CPSR对IRQ的响应：

1. 从IRQ HANDLER返回中断底半部的SOFTIRQ

2. 从IRQ HANDLER返回一个线程上下文

从1大家可以看出，SOFTIRQ里面是可以响应中断的。

异常处理

Linux arm64 系统调用过程学习记录

中断处理

流程与异常处理类似。

el1_irq
->el1_interrupt_handler handle_arch_irq //handle_arch_irq = gic_handle_irq->irq_handler  \handler->gic_handle_irq->handle_domain_irq->irq_enter;->->preempt_count_add(HARDIRQ_OFFSET);->generic_handle_irq_desc;-> desc->handle_irq = handle_edge_irq //handle_irq = handle_edge_irq or handle_level_irq ...->handle_irq_event->handle_irq_event_percpu->__handle_irq_event_percpu->res = action->handler(irq, action->dev_id);->irq_exit;->arm64_preempt_schedule_irq //内核抢占

IRQ数据结构

arm64 对应的hw_interrupt_type没找到。

为中断处理程序保存寄存器的值

通过kernel_entry和kernel_exit保存恢复寄存器
kernel_entry和kernel_exit

对于ARM处理器而言，exception进来的时候，硬件都会自动屏蔽中断：

也就是说，当ARM处理器收到中断的时候，它进入中断模式，同时ARM处理器的CPSR寄存器的IRQ位会被硬件设置为屏蔽IRQ。

这里重点强调一下ERET，以arm64为例，调用该指令后，PSTATE恢复SPSR_ELn的值，PC恢复ELR_ELn的值.
https://blog.csdn.net/weixin_42135087/article/details/107227624

ARMv8-A Process State, PSTATE介绍
https://blog.csdn.net/longwang155069/article/details/105204547

do_IRQ

__do_IRQ

这两节对应下面流程

-> desc->handle_irq = handle_edge_irq //handle_irq = handle_edge_irq or handle_level_irq ...->handle_irq_event->handle_irq_event_percpu->__handle_irq_event_percpu->res = action->handler(irq, action->dev_id);

void handle_edge_irq(struct irq_desc *desc)
{raw_spin_lock(&desc->lock);desc->istate &= ~(IRQS_REPLAY | IRQS_WAITING);if (!irq_may_run(desc)) {desc->istate |= IRQS_PENDING;mask_ack_irq(desc);goto out_unlock;}/** If its disabled or no action available then mask it and get* out of here.*/if (irqd_irq_disabled(&desc->irq_data) || !desc->action) {desc->istate |= IRQS_PENDING;mask_ack_irq(desc);goto out_unlock;}kstat_incr_irqs_this_cpu(desc);/* Start handling the irq */desc->irq_data.chip->irq_ack(&desc->irq_data);do {if (unlikely(!desc->action)) {mask_irq(desc);goto out_unlock;}/** When another irq arrived while we were handling* one, we could have masked the irq.* Renable it, if it was not disabled in meantime.*/if (unlikely(desc->istate & IRQS_PENDING)) {if (!irqd_irq_disabled(&desc->irq_data) &&irqd_irq_masked(&desc->irq_data))unmask_irq(desc);}handle_irq_event(desc);} while ((desc->istate & IRQS_PENDING) &&!irqd_irq_disabled(&desc->irq_data));out_unlock:raw_spin_unlock(&desc->lock);
}irqreturn_t handle_irq_event(struct irq_desc *desc)
{irqreturn_t ret;desc->istate &= ~IRQS_PENDING;irqd_set(&desc->irq_data, IRQD_IRQ_INPROGRESS);raw_spin_unlock(&desc->lock);ret = handle_irq_event_percpu(desc);raw_spin_lock(&desc->lock);irqd_clear(&desc->irq_data, IRQD_IRQ_INPROGRESS);return ret;
}irqreturn_t handle_irq_event_percpu(struct irq_desc *desc)
{irqreturn_t retval;unsigned int flags = 0;retval = __handle_irq_event_percpu(desc, &flags);add_interrupt_randomness(desc->irq_data.irq, flags);if (!noirqdebug)note_interrupt(desc, retval);return retval;
}irqreturn_t __handle_irq_event_percpu(struct irq_desc *desc, unsigned int *flags)
{irqreturn_t retval = IRQ_NONE;unsigned int irq = desc->irq_data.irq;struct irqaction *action;record_irq_time(desc);for_each_action_of_desc(desc, action) {irqreturn_t res;/** If this IRQ would be threaded under force_irqthreads, mark it so.*/if (irq_settings_can_thread(desc) &&!(action->flags & (IRQF_NO_THREAD | IRQF_PERCPU | IRQF_ONESHOT)))lockdep_hardirq_threaded();trace_irq_handler_entry(irq, action);res = action->handler(irq, action->dev_id);trace_irq_handler_exit(irq, action, res);if (WARN_ONCE(!irqs_disabled(),"irq %u handler %pS enabled interrupts\n",irq, action->handler))local_irq_disable();switch (res) {case IRQ_WAKE_THREAD:/** 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;}__irq_wake_thread(desc, action);fallthrough;    /* to add to randomness */case IRQ_HANDLED:*flags |= action->flags;break;default:break;}retval |= res;}return retval;
}

挽救丢失的中断

kernel/irq/chip.c

irq_startup
->irq_enable
->check_irq_resendint check_irq_resend(struct irq_desc *desc, bool inject)
{int err = 0;/** We do not resend level type interrupts. Level type interrupts* are resent by hardware when they are still active. Clear the* pending bit so suspend/resume does not get confused.*/if (irq_settings_is_level(desc)) {desc->istate &= ~IRQS_PENDING;return -EINVAL;}if (desc->istate & IRQS_REPLAY)return -EBUSY;if (!(desc->istate & IRQS_PENDING) && !inject)return 0;desc->istate &= ~IRQS_PENDING;if (!try_retrigger(desc))err = irq_sw_resend(desc);/* If the retrigger was successfull, mark it with the REPLAY bit */if (!err)desc->istate |= IRQS_REPLAY;return err;
}

软中断及tasklet

ksoftirqd

这一节的代码对应下面的smpboot_thread_fn

static struct smp_hotplug_thread softirq_threads = {.store          = &ksoftirqd,.thread_should_run    = ksoftirqd_should_run,.thread_fn      = run_ksoftirqd,.thread_comm       = "ksoftirqd/%u",
};static __init int spawn_ksoftirqd(void)
{cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_SOFTIRQ_DEAD, "softirq:dead", NULL,takeover_tasklets);BUG_ON(smpboot_register_percpu_thread(&softirq_threads));return 0;
}static int smpboot_thread_fn(void *data)
{struct smpboot_thread_data *td = data;struct smp_hotplug_thread *ht = td->ht;while (1) {set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);preempt_disable();...if (!ht->thread_should_run(td->cpu)) {preempt_enable_no_resched();schedule();} else {__set_current_state(TASK_RUNNING);preempt_enable();ht->thread_fn(td->cpu);}}static void run_ksoftirqd(unsigned int cpu)
{local_irq_disable();if (local_softirq_pending()) {/** We can safely run softirq on inline stack, as we are not deep* in the task stack here.*/__do_softirq();local_irq_enable();cond_resched();return;}local_irq_enable();
}

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深入理解LINUX内核笔记第四章中断和异常

中断和异常处理程序的嵌套执行

一、历史

二、现在

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异常处理

中断处理

IRQ数据结构

为中断处理程序保存寄存器的值

do_IRQ

__do_IRQ

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