中断详解(一)——基本概念
1 概述
1.1什么是中断
中断分为同步中断和异步中断。
同步中断——同步中断是当指令执行时由 控制单元产生的,之所以称为同步,是因为只有在一条指令终止执行后 CPU 才会发出中断
异步中断——异步中 断是由其他硬件设备依照 CPU 时钟信号随机 产生的。
通常我们所说的中断指的是异步中断,我们将同步中断称为异常。(异常是由程序的错误产生的,或者是由内核必须处理的异常条件产生的)
1.2 中断的作用
1.3 中断的约束
1)中断应该被尽可能快地处理完。
2)中断处理程序必须编成使相应的内核控制路径能以嵌套的方式执行。
3)内核在处理一个中断时,可接受新的中断。但存在一个临界区,中断必须被禁止。
出于1)和3)的约束,中断的设计一般将中断处理程序分为两部分执行(即上半部和下半部函数)。上半部为中断被禁止的临界区,执行关键而紧急的任务,如把接收到的帧拷贝到输入队列,以便下半部函数执行时能进行处理。
1.4 中断的嵌套执行
允许内核控制路径嵌套执行必须付出代价,那就是中断处理程序必须永不阻塞,换句话说,中断处理程序运行期间不能发生进程切换一个中断处理既可以抢占其他的中断处理程序.也可以抢占异常处理程序。相反,异常处理程序从不抢占中断处理程序。在内核态能触发的唯一异常就是刚刚描述的缺页异常.但是,中断处理程序从不执行可以导致缺页(因此意味着进程切换)的操作.
基于以下两个主要原因. Linux交错执行内核控制路径:
1)为了提高可编程中断控制器和设备控制器的吞吐量.假定设备控制器在一条IRQ线上产生了一个信号.PIC把这个信号转换成一个外部中断,然后PIC和设备控制器保持阻塞,一直到PIC从CPU处接收到一条应答信息.由于内核控制路径的交错执行,内核即使正在处理前一个中断,也能发送应答.
2)为了实现一种没有优先级的中断模型。因为每个中断处理程序都可以被另一个中断处理程序延缓.因此,在硬件设备之闽没必要建立预定义优先级。这就简化了内核代码,提高了内核的可移植性。
在多处理器系统上.几个内核控制路径可以并发执行.此外,与异常相关的内核控制路径可以开始在一个CPU上执行,并且由于进程切换而移往另一个CPU上执行.
2 中断分类
- 可屏蔽中断 ——I/O设备发出的所有中断请求(lRQ)都产生可屏蔽中断
- 不可屏蔽中断——只有几个危急事件(如硬件故障)才引起非屏融中断。非屏蔽中断总是由CPU辨认
- 处理器异常——当CPU执行指令时探测到的一个反常条件所产生的异常.(故障、陷阱、异常中止)
- 编程异常 ——在编程者发出请求时发生.是由int或int3指令触发
3 中断与IRQ
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