linux中断机制

‘壹’ linux几种中断信号的区别：HUP，INT，KILL，TERM，TSTP

Linux的HUP，INT，KILL，TERM，TSTP中断信号区别为：键入不同、对应操作不同、启用不同。

一、键入不同

1、HUP中断信号：HUP中断信号是当用户键入<Ctrl+X>时由终端驱动程序发送的信号。

2、INT中断信号：INT中断信号是当用户键入<Ctrl+I>时由终端驱动程序发送的信号。

3、KILL中断信号：KILL中断信号是当用户键入<Ctrl+Z>时由终端驱动程序发送的信号。

4、TERM中断信号：TERM中断信号是当用户键入<Ctrl+>时由终端驱动程序发送的信号。

5、TSTP中断信号：TSTP中断信号是当用户键入<Ctrl+T>时由终端驱动程序发送的信号。二、对应操作不同

1、HUP中断信号：HUP中断信号的对应操作为让进程挂起，睡眠。

2、INT中断信号：INT中断信号的对应操作为正常关闭所有进程。

3、KILL中断信号：KILL中断信号的对应操作为强制关闭所有进程。

4、TERM中断信号：TERM中断信号的对应操作为正常的退出进程。

5、TSTP中断信号：TSTP中断信号的对应操作为暂时停用进程。

三、启用不同

1、HUP中断信号：HUP中断信号发送后，可以重新被用户再次输入恢复启用进程。

2、INT中断信号：INT中断信号发送后，不可以重新被用户再次输入恢复启用进程。

3、KILL中断信号：KILL中断信号发送后，不可以重新被用户再次输入恢复启用进程。

4、TERM中断信号：TERM中断信号发送后，可以重新被用户再次输入启用进程。

5、TSTP中断信号：TSTP中断信号发送后，可以重新被用户再次输入继续使用进程。

‘贰’ Linux 系统中的中断是不是没有中断优先级

关于中断嵌套：在linux内核里，如果驱动在申请注册中断的时候没有特别的指定，do_irq在做中断响应的时候，是开启中断的，如果在驱动的中断处理函数正在执行的过程中，出现同一设备的中断或者不同设备的中断，这时候新的中断会被立即处理，还是被pending，等当前中断处理完成后，再做处理。在2.4和2.6内核里，关于这一块是否有什么不同。 一般申请中断的时候都允许开中断，即不使用SA_INTERRUPT标志。如果允许共享则加上 SA_SHIRQ，如果可以为内核熵池提供熵值（譬如你写的驱动是ide之类的驱动），则再加上 SA_SAMPLE_RANDOM标志。这是普通的中断请求过程。对于这种一般情况，只要发生中断，就可以抢占内核，即使内核正在执行其他中断函数。这里有两点说明：一是因为linux不支持 中断优先级，因此任何中断都可以抢占其他中断，但是同种类型的中断（即定义使用同一个 中断线的中断）不会发生抢占，他们会在执行本类型中断的时候依次被调用执行。二是所谓 只要发生中断，就可以抢占内核这句是有一定限制的，因为当中断发生的时候系统由中断门 进入时自动关中断（对于x86平台就是将eflags寄存器的if位置为0），只有当中断函数被执行 （handle_IRQ_event）的过程中开中断之后才能有抢占。 对于同种类型的中断，由于其使用同样的idt表项，通过其状态标志（IRQ_PENDING和 IRQ_INPROGRESS）可以防止同种类型的中断函数执行（注意：是防止handle_IRQ_event被重入， 而不是防止do_IRQ函数被重入），对于不同的中断，则可以自由的嵌套。因此，所谓中断嵌套， 对于不同的中断是可以自由嵌套的，而对于同种类型的中断，是不可以嵌套执行的。以下简单解释一下如何利用状态标志来防止同种类型中断的重入：当某种类型的中断第一次发生时，首先其idt表项的状态位上被赋予IRQ_PENDING标志，表示有待处理。 然后将中断处理函数action置为null，然后由于其状态没有IRQ_INPROGRESS标志（第一次），故将其状态置上IRQ_INPROGRESS并去处IRQ_PENDING标志，同时将action赋予相应的中断处理函数指针（这里是一个重点，linux很巧妙的用法，随后说明）。这样，后面就可以顺利执行handle_IRQ_event进行中断处理，当在handle_IRQ_event中开中断后，如果有同种类型的中断发生，则再次进入do_IRQ函数，然后其状态位上加上IRQ_PENDING标志，但是由于前一次中断处理中加上的IRQ_INPROGRESS没有被清除，因此这里无法清除IRQ_PENDING标志，因此action还是为null，这样就无法再次执行handle_IRQ_event函数。从而退出本次中断处理，返回上一次的中断处理函数中，即继续执行handle_IRQ_event函数。当handle_IRQ_event返回时检查IRQ_PENDING标志，发现存在这个标志，说明handle_IRQ_event执行过程中被中断过，存在未处理的同类中断，因此再次循环执行handle_IRQ_event函数。直到不存在IRQ_PENDING标志为止。2.4和2.6的差别，就我来看，主要是在2.6中一进入do_IRQ，多了一个关闭内核抢占的动作，同时在处理中多了一种对IRQ_PER_CPU类型的中断的处理，其他没有什么太大的改变。这类IRQ_PER_CPU的中断主要用在smp环境下将中断绑定在某一个指定的cpu上。例如arch/ppc/syslib/open_pic.c中的openpic_init中初始化ipi中断的时候。 其实简单的说，中断可以嵌套，但是同种类型的中断是不可以嵌套的，因为在IRQ上发生中断，在中断响应的过程中，这个IRQ是屏蔽的，也就是这个IRQ的中断是不能被发现的。 同时在内核的临界区内，中断是被禁止的 关于do_IRQ可能会丢失中断请求：do_IRQ函数是通过在执行完handle_IRQ_event函数之后判断status是否被设置了IRQ_PENDING标志来判断是否还有没有被处理的同一通道的中断请求。 但是这种方法只能判断是否有，而不能知道有多少个未处理的统一通道中断请求。也就是说，假如在第一个中断请求执行handle_IRQ_event函数的过程中来了同一通道的两个或更多中断请求，而这些中断不会再来，那么仅仅通过判断status是否设置了IRQ_PENDING标志不知道到底有多少个未处理的中断，handle_IRQ_event只会被再执行一次。这算不算是个bug呢？ 不算，只要知道有中断没有处理就OK了，知道1个和知道N个，本质上都是一样的。作为外设，应当能够处理自己中断未被处理的情况。不可能丢失的，在每一个中断描述符的结构体内，都有一个链表，链表中存放着服务例程序关于中断中使用的几个重要概念和关系： 一、基本概念 1. 产生的位置 发生的时刻 时序 中断 CPU外部 随机 异步 异常 CPU正在执行的程序 一条指令终止执行后 同步 2.由中断或异常执行的代码不是一个进程，而是一个内核控制路径，代表中断发生时正在运行的进程的执行 中断处理程序与正在运行的程序无关 引起异常处理程序的进程正是异常处理程序运行时的当前进程 二、特点 （2）能以嵌套的方式执行，但是同种类型的中断不可以嵌套 （3）尽可能地限制临界区，因为在临界区中，中断被禁止 2.大部分异常发生在用户态，缺页异常是唯一发生于内核态能触发的异常 缺页异常意味着进程切换，因此中断处理程序从不执行可以导致缺页的操作 3.中断处理程序运行于内核态 中断发生于用户态时，要把进程的用户空间堆栈切换到进程的系统空间堆栈，刚切换时，内核堆栈是空的 中断发生于内核态时， 不需要堆栈空间的切换 三、分类 1.中断的分类：可屏蔽中断、不可屏蔽中断 2.异常的分类： 分类 解决异常的方法 举例 故障 那条指令会被重新执行 缺页异常处理程序 陷阱 会从下一条指令开始执行 调试程序

‘叁’ linux系统中的中断指令是什么

什么是中断
Linux 内核需要对连接到计算机上的所有硬件设备进行管理，毫无疑问这是它的份内事。如果要管理这些设备，首先得和它们互相通信才行，一般有两种方案可实现这种功能：
轮询（polling） 让内核定期对设备的状态进行查询，然后做出相应的处理；中断（interrupt） 让硬件在需要的时候向内核发出信号（变内核主动为硬件主动）。
第一种方案会让内核做不少的无用功，因为轮询总会周期性的重复执行，大量地耗用 CPU 时间，因此效率及其低下，所以一般都是采用第二种方案 。
对于中断的理解我们先看一个生活中常见的例子:QQ。第一种情况:你正在工作,然后你的好友突然给你发送了一个窗口抖动,打断你正在进行的工作。第
二种情况:当然你有时候也会每隔 5 分钟就去检查一下 QQ
看有没有好友找你,虽然这很浪费你的时间。在这里,一次窗口抖动就可以被相当于硬件的中断,而你就相当于 CPU,你的工作就是 CPU
这在执行的进程。而定时查询就被相当于 CPU 的轮询。在这里可以看到:同样作为 CPU 和硬件沟通的方式,中断是硬件主动的方式,较轮询(CPU
主动)更有效些,因为我们都不可能一直无聊到每隔几分钟就去查一遍好友列表。
CPU
有大量的工作需要处理,更不会做这些大量无用功。当然这只是一般情况下。好了,这里又有了一个问题,每个硬件设备都中断,那么如何区分不同硬件呢?不同设
备同时中断如何知道哪个中断是来自硬盘、哪个来自网卡呢?这个很容易,不是每个 QQ 号码都不相同吗?同样的,系统上的每个硬件设备都会被分配一个
IRQ 号,通过这个唯一的 IRQ 号就能区别张三和李四了。
从物理学的角度看，中断是一种电信号，由硬件设备产生，并直接送入中断控制器（如
8259A）的输入引脚上，然后再由中断控制器向处理器发送相应的信号。处理器一经检测到该信号，便中断自己当前正在处理的工作，转而去处理中断。此后，
处理器会通知 OS 已经产生中断。这样，OS
就可以对这个中断进行适当的处理。不同的设备对应的中断不同，而每个中断都通过一个唯一的数字标识，这些值通常被称为中断请求线。

‘肆’ 《Linux设备驱动程序》（十六）-中断处理

设备与处理器之间的工作通常来说是异步，设备数据要传递给处理器通常来说有以下几种方法：轮询、等待和中断。

让CPU进行轮询等待总是不能让人满意，所以通常都采用中断的形式，让设备来通知CPU读取数据。

2.6内核的函数参数与现在的参数有所区别，这里都主要介绍概念，具体实现方法需要结合具体的内核版本。

request_irq函数申请中断，返回0表示申请成功，其他返回值表示申请失败，其具体参数解释如下：

flags 掩码可以使用以下几个：

快速和慢速处理例程 ：现代内核中基本没有这两个概念了，使用SA_INTERRUPT位后，当中断被执行时，当前处理器的其他中断都将被禁止。通常不要使用SA_INTERRUPT标志位，除非自己明确知道会发生什么。

共享中断 ：使用共享中断时，一方面要使用SA_SHIRQ位，另一个是request_irq中的dev_id必须是唯一的，不能为NULL。这个限制的原因是：内核为每个中断维护了一个共享处理例程的列表，例程中的dev_id各不相同，就像设备签名。如果dev_id相同，在卸载的时候引起混淆（卸载了另一个中断），当中断到达时会产生内核OOP消息。

共享中断需要满足以下一个条件才能申请成功：

当不需要使用该中断时，需要使用free_irq释放中断。

通常我们会在模块加载的时候申请安装中断处理例程，但书中建议：在设备第一次打开的时候安装，在设备最后一次关闭的时候卸载。

如果要查看中断触发的次数，可以查看 /proc/interrupts 和 /proc/stat。

书中讲述了如何自动检测中断号，在嵌入式开发中通常都是查看原理图和datasheet来直接确定。

自动检测的原理如下：驱动程序通知设备产生中断，然后查看哪些中断信号线被触发了。Linux提供了以下方法来进行探测：

探测工作耗时较长，建议在模块加载的时候做。

中断处理函数和普通函数其实差不多，唯一的区别是其运行的中断上下文中，在这个上下文中有以下注意事项：

中断处理函数典型用法如下：

中断处理函数的参数和返回值含义如下：

返回值主要有两个：IRQ_NONE和IRQ_HANDLED。

对于中断我们是可以进行开启和关闭的，Linux中提供了以下函数操作单个中断的开关：

该方法可以在所有处理器上禁止或启用中断。

需要注意的是：

如果要关闭当前处理器上所有的中断，则可以调用以下方法：

local_irq_save 会将中断状态保持到flags中，然后禁用处理器上的中断；如果明确知道中断没有在其他地方被禁用，则可以使用local_irq_disable，否则请使用local_irq_save。

locat_irq_restore 会根据上面获取到flags来恢复中断；local_irq_enable 会无条件打开所有中断。

在中断中需要做一些工作，如果工作内容太多，必然导致中断处理所需的时间过长；而中断处理又要求能够尽快完成，这样才不会影响正常的系统调度，这两个之间就产生了矛盾。

现在很多操作系统将中断分为两个部分来处理上面的矛盾：顶半部和底半部。

顶半部就是我们用request_irq来注册的中断处理函数，这个函数要求能够尽快结束，同时在其中调度底半部，让底半部在之后来进行后续的耗时工作。

顶半部就不再说明了，就是上面的中断处理函数，只是要求能够尽快处理完成并返回，不要处理耗时工作。

底半部通常使用tasklet或者工作队列来实现。

tasklet的特点和注意事项：

工作队列的特点和注意事项：

‘伍’ Linux下如何强制中断一个程序的执行（利用按键，而不是kill命令）

Linux下强制中断一个程序的执行使用键盘按键可以有多种方法。

1、CTRL+C键，这相当于发送Terminal信息到当前的程序。比如下图，在通过find命令查找名称带3b76的文件，可以直接按ctrl+c键结束掉循环。

‘陆’ Linux内核中断之中断调用流程

本文基于 RockPI 4A 单板Linux4.4内核介绍中断调用流程。

ARMv8包括两种运行状态：AArch64和AArch32。

AArch64中不再使用AArch32中的7种特权模式，而是提出了Exception Levels的概念，包括：

1）EL0：用于用户态程序，权限最低

2）EL1：给内核使用，权限稍高

3）EL2：虚拟化相关，权限更高

4）EL3：安全相关，权限最高

Linux内核中一般只使用EL0和EL1。

AArch64异常向量表中的异常包括：

1）Synchronous exception（同步异常）

2）SError

3）IRQ

4）FIQ

注：SError、IRQ和FIQ属于异步异常。

在Linux内核中，在 arch/arm64/kernel/entry.S 文件中定义了异常向量表，内容如下：

选取 el1_irq() 函数介绍Linux内核中断的调用流程。

文件： arch/arm64/kernel/entry.S ，调用流程如下：

1、handle_irq()初始化

在 DTS 解析阶段完成 handle_irq() 函数的初始化，流程如下：

gic_irq_domain_map() 函数中完成了 handle_irq() 函数的赋值，具体执行如下：

2、handle_irq()实现

以共享外设中断 SPI 的中断处理函数 handle_fasteoi_irq() 为例，继续跟踪中断的执行过程。

handle_irq_event_percpu() 函数会调用已经注册的中断处理函数，同时唤醒 irq_thread 线程。

3、中断处理线程

在使用 request_threaded_irq() 函数申请中断时，会创建一个 irq_thread 线程，调用流程如下：

irq_thread 线程平时在睡眠状态，等待 handle_irq_event_percpu() 函数唤醒，进一步执行已注册的中断处理线程函数。

使用 DRM 框架中 HDMI 中断验证中断调用流程。

文件： driversgpudrmridgesynopsysdw-hdmi.c

在中断处理函数 dw_hdmi_hardirq() 和中断处理线程函数 dw_hdmi_irq 中增加 mp_stack() 调用（ 注：仅限于调试验证 ）。

插入 HDMI 线，系统启动后，显示中断调用流程的日志如下：

和