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Linux內(nèi)核中斷處理簡(jiǎn)介
中斷是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一種重要機(jī)制，用于在特定事件發(fā)生時(shí)通知處理器進(jìn)行相應(yīng)的處理，Linux內(nèi)核通過中斷處理程序來響應(yīng)硬件中斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的控制和管理，本文將詳細(xì)介紹Linux內(nèi)核中斷處理的原理、流程以及相關(guān)技術(shù)。
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Linux內(nèi)核中斷處理原理
1、中斷源：中斷源是指產(chǎn)生中斷信號(hào)的硬件設(shè)備，如鼠標(biāo)、鍵盤、硬盤等，當(dāng)這些設(shè)備發(fā)生特定事件時(shí)，會(huì)向處理器發(fā)送一個(gè)中斷請(qǐng)求(IRQ)。
2、中斷控制器：中斷控制器是一個(gè)專門用于管理中斷的硬件模塊，負(fù)責(zé)接收和轉(zhuǎn)發(fā)中斷請(qǐng)求，在Linux內(nèi)核中，中斷控制器由8259A芯片實(shí)現(xiàn)。
3、中斷描述符表(IDT):IDT是一個(gè)包含中斷描述符的表格，用于映射中斷編號(hào)到對(duì)應(yīng)的中斷處理程序入口地址，每個(gè)進(jìn)程都有自己的IDT。
4、中斷向量表(GDT/LDT):GDT/LDT是兩個(gè)全局描述符表，用于存儲(chǔ)進(jìn)程的段信息，GDT用于存儲(chǔ)過程代碼段(Code Segment),LDT用于存儲(chǔ)過程數(shù)據(jù)段(Data Segment)，當(dāng)發(fā)生中斷時(shí)，處理器會(huì)根據(jù)中斷向量表中的相應(yīng)條目跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷處理程序。
Linux內(nèi)核中斷處理流程
1、觸發(fā)中斷：當(dāng)硬件設(shè)備發(fā)生中斷時(shí)，會(huì)向處理器發(fā)送一個(gè)中斷請(qǐng)求(IRQ)。
2、中斷控制器捕獲中斷：中斷控制器接收到IRQ后，會(huì)將其轉(zhuǎn)發(fā)給上半部分總線(Upper Side Bus,USB)。
3、處理器響應(yīng)中斷：處理器收到USB傳來的中斷請(qǐng)求后，會(huì)暫停當(dāng)前正在執(zhí)行的任務(wù)，并從IDT中查找對(duì)應(yīng)的中斷處理程序入口地址。
4、處理器跳轉(zhuǎn)到中斷處理程序：處理器根據(jù)IDT中的地址跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷處理程序，在這個(gè)過程中，處理器會(huì)保存當(dāng)前任務(wù)的狀態(tài)信息(如寄存器值、棧指針等),以便在處理完成后恢復(fù)。
5、中斷處理程序執(zhí)行：中斷處理程序會(huì)對(duì)中斷事件進(jìn)行相應(yīng)的處理，如讀取硬件設(shè)備的寄存器值、更新進(jìn)程狀態(tài)信息等，處理完成后，可能會(huì)向處理器發(fā)送一個(gè)結(jié)束中斷請(qǐng)求(EOI),通知處理器繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)。
6、處理器恢復(fù)執(zhí)行：處理器收到EOI后，會(huì)從中斷描述符表中恢復(fù)之前保存的狀態(tài)信息，并繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)。
Linux內(nèi)核中斷處理技術(shù)
1、快速中斷響應(yīng)(IRq):IRq是一種優(yōu)化技術(shù)，用于減少處理器在響應(yīng)中斷時(shí)的等待時(shí)間，當(dāng)一個(gè)IRq被觸發(fā)時(shí)，處理器會(huì)立即進(jìn)入低功耗模式(LPM1或LPM2),直到接收到EOI信號(hào)后才會(huì)恢復(fù)執(zhí)行，這樣可以大大提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和響應(yīng)速度。
2、嵌套中斷：嵌套中斷是指在一個(gè)正在執(zhí)行的指令過程中，發(fā)生了另一個(gè)與該指令相關(guān)的中斷，為了避免處理器陷入無限循環(huán)，Linux內(nèi)核采用了嵌套中斷技術(shù)，當(dāng)發(fā)生嵌套中斷時(shí)，處理器會(huì)先執(zhí)行完當(dāng)前指令，然后再執(zhí)行相應(yīng)的嵌套中斷處理程序，處理完成后，處理器會(huì)回到原來的指令繼續(xù)執(zhí)行。
3、軟件中斷：軟件中斷是一種模擬硬件中斷的技術(shù)，通過在用戶空間編寫相應(yīng)的中斷處理程序來實(shí)現(xiàn)，與硬件中斷相比，軟件中斷具有更高的靈活性，但性能較差，在Linux內(nèi)核中，可以通過修改系統(tǒng)配置文件來啟用或禁用軟件中斷。
相關(guān)問題與解答
1、如何查看當(dāng)前系統(tǒng)中的中斷控制器？
答：可以使用lspci命令查看系統(tǒng)中的PCI設(shè)備，其中包括了8259A芯片(即中斷控制器)，也可以使用dmesg | grep -i 8259命令查看內(nèi)核日志中關(guān)于8259A的信息。
2、如何編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的Linux內(nèi)核模塊？
答：可以參考《Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)開發(fā)實(shí)戰(zhàn)》一書中的相關(guān)內(nèi)容，或者訪問Linux內(nèi)核源碼中的示例模塊進(jìn)行學(xué)習(xí)，主要步驟包括：定義模塊結(jié)構(gòu)體、編寫初始化和退出函數(shù)、注冊(cè)模塊初始化和退出函數(shù)等。
3、如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)自定義的硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)？
答：可以參考《Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)開發(fā)實(shí)戰(zhàn)》一書中的相關(guān)內(nèi)容，或者訪問Linux內(nèi)核源碼中的示例設(shè)備驅(qū)動(dòng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，主要步驟包括：分析硬件設(shè)備的工作原理、編寫設(shè)備驅(qū)動(dòng)代碼、編譯安裝設(shè)備驅(qū)動(dòng)等。
網(wǎng)頁名稱：linux內(nèi)核怎么處理中斷文件
新聞來源：http://www.dlmjj.cn/article/djhppop.html
