Linux 內(nèi)核如何處理中斷 | Linux 中國
中斷是現(xiàn)代 CPU 工作方式中重要的部分。例如：當你每次在鍵盤上按下一個按鍵后，CPU 會被中斷以使得 PC 讀取用戶鍵盤的輸入。這個過程發(fā)生得相當快，以致于在使用體驗上你不會感到任何變化或損害。
此外，鍵盤并不是導致中斷的唯一組件。一般來說，有三種類型的事件會導致 CPU 發(fā)生中斷：硬件中斷、軟件中斷和異常。在具體介紹不同類型的中斷前，我需要先定義一些術(shù)語。
定義
中斷請求（IRQ）是由可編程的中斷控制器（PIC）發(fā)起的，其目的是為了中斷 CPU 和執(zhí)行中斷服務(wù)程序（ISR）。中斷服務(wù)程序（ISR）是一個小的程序，用來處理具體的數(shù)據(jù)，其具體的處理方式依賴于造成中斷請求（IRQ）的原因。之前正在運行的進程在中斷服務(wù)程序（ISR）運行結(jié)束前都會被中斷。
在過去，中斷請求由單獨的芯片處理（中斷控制器芯片 PIC），I/O 設(shè)備直接與中斷控制器（PIC）相連。中斷控制器（PIC）管理著多種硬件的中斷請求（IRQ），并且可以直接與 CPU 通信。當一個中斷請求（IRQ）產(chǎn)生后，中斷控制器（PIC）向 CPU 寫入數(shù)據(jù)，并且觸發(fā)中斷請求引腳（INTR）。
現(xiàn)如今，中斷請求（IRQ）由 CPU 中的高級可編程中斷控制器（APIC）部分來處理。每個核中都擁有屬于自己的高級可編程中斷控制器。
中斷的類型
正如我前文中提到的，中斷可以根據(jù)其來源分為三種類型。
硬件中斷
當一個硬件設(shè)備想要告訴 CPU 某一需要處理的數(shù)據(jù)已經(jīng)準備好后（例如：當鍵盤被按下或者一個數(shù)據(jù)包到了網(wǎng)絡(luò)接口處），它將會發(fā)送一個中斷請求（IRQ）來告訴 CPU 數(shù)據(jù)是可用的。接下來會調(diào)用在內(nèi)核啟動時設(shè)備驅(qū)動注冊的對應(yīng)的中斷服務(wù)程序（ISR）。
軟件中斷
當你在播放一個視頻時，音頻和視頻是同步播放是相當重要的，這樣音樂的速度才不會變化。這是由軟件中斷實現(xiàn)的，由精確的計時器系統(tǒng)（稱為?jiffies）重復發(fā)起的。這個計時器會使得你的音樂播放器同步。軟件中斷也可以被特殊的指令所調(diào)用，來讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)到硬件設(shè)備。
當系統(tǒng)需要實時性時（例如在工業(yè)應(yīng)用中），軟件中斷會變得重要。你可以在 Linux 基金會的文章中找到更多相關(guān)信息：面向嵌入式開發(fā)者的實時 Linux 介紹。
異常
異常是你可能之前就知道的中斷類型。當 CPU 執(zhí)行一些將會導致除零或缺頁錯誤的指令時，任何其他運行中的程序都會被中斷。在這種情況下，你會被一個彈窗提醒，或在控制臺輸出中看到**段錯誤（核心已轉(zhuǎn)儲）**。但并不是所有異常都是由指令錯誤引起的。
異常可以進一步分為錯誤、陷阱和終止。
動手實踐
中斷請求按照高級可編程中斷控制器（APIC）中的優(yōu)先級高低排序（0是最高優(yōu)先級）。前 32 個中斷（0~31）是由 CPU 指定的固定序列。你可以在?OsDev 異常?頁面找到關(guān)于它們的概述。隨后的中斷請求可以以不同的方式進行分配。中斷描述表（IDT）中記錄了中斷請求（IRQ）和中斷服務(wù)程序（ISR）的對應(yīng)關(guān)系。Linux 中定義了從 0 到 256 的 IRQ 向量。
為了打印出在你的系統(tǒng)中已注冊的中斷，打開一個終端并輸入：
cat/proc/interrupts
你應(yīng)該會看到類似如下圖的結(jié)果：
內(nèi)核版本為5.6.6中注冊的中斷?(Stephan Avenwedde,?CC BY-SA 4.0)
從左到右各列的含義依次為：中斷向量號、每個 CPU（0~n）中斷發(fā)生次數(shù)、硬件來源、硬件源通道信息、以及造成中斷請求的設(shè)備名。
在表的末尾，有一些非數(shù)字的中斷。它們是特定于體系結(jié)構(gòu)的中斷，如本地計時器中斷（LOC）的中斷請求（IRQ）號為 236。其中一些在 Linux 內(nèi)核源樹中的Linux IRQ 向量布局中指定。
特定于體系結(jié)構(gòu)的中斷 (Stephan Avenwedde,?CC BY-SA 4.0)
如果要實時獲取該表，請運行如下命令：
watch-n1 "cat /proc/interrupts"
總結(jié)
正確的中斷請求（IRQ）處理對于硬件、驅(qū)動和軟件的正常交互是必要的。幸運地是，Linux 內(nèi)核很好地完成了它，一個 PC 的普通用戶幾乎不會注意到內(nèi)核的整個中斷處理過程。
中斷相當復雜，本文僅僅是一個關(guān)于中斷的概述。如果想要深入了解該主題可以閱讀?Linux Inside 電子書（CC BY-NC-SA 4.0）和?Linux 內(nèi)核教程?倉庫。
via:?https://opensource.com/article/20/10/linux-kernel-interrupts
作者：Stephan Avenwedde?選題：lujun9972?譯者：萌新阿巖?校對：wxy
本文由?LCTT?原創(chuàng)編譯，Linux中國?榮譽推出
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