Linux 中断子系统：中断处理知识点大全

Linux 中断子系统简介

Linux 中断子系统是Linux内核中一个至关重要的组成部分，它负责处理来自硬件的各种中断请求，确保系统能够及时响应外部事件。中断是计算机系统中用于处理异步事件的一种机制，它允许CPU在执行当前任务时，能够被外部事件打断，从而执行相应的中断处理程序。

中断的基本概念

中断是计算机系统中一种常见的同步机制，它允许硬件设备在不占用CPU主循环的情况下，向CPU发送请求，请求CPU执行特定的操作。中断通常分为以下几类：

• 可屏蔽中断（Maskable Interrupt）
• 不可屏蔽中断（Non-Maskable Interrupt）
• 软中断（Software Interrupt）
• 硬中断（Hardware Interrupt）

中断请求（IRQ）

中断请求（IRQ）是硬件设备向CPU发出的请求信号，用于请求CPU处理特定的中断。每个中断请求都对应一个唯一的IRQ号，Linux内核通过中断描述符表（Interrupt Descriptor Table，IDT）来管理所有的中断请求。

中断描述符表（IDT）

IDT是Linux内核中的一个重要数据结构，它包含了系统中所有中断的描述符。每个描述符包含了一个中断处理函数的地址，以及一些与中断处理相关的信息。当CPU收到一个中断请求时，它会凭借中断号查找IDT，然后跳转到对应的中断处理函数执行。

    struct idt_entry {
        uint16_t base_low;
        uint16_t sel;
        uint8_t always0;
        uint8_t flags;
        uint16_t base_high;
    };
    struct idt_ptr {
        uint16_t limit;
        uint32_t base;
    };
    

中断处理流程

当CPU收到一个中断请求时，中断处理流程如下：

1. CPU停止当前任务的执行，保存当前状态。
2. CPU凭借中断号查找IDT，找到对应的中断处理函数。
3. CPU跳转到中断处理函数执行。
4. 中断处理函数执行完毕后，CPU恢复之前保存的状态，继续执行被中断的任务。

中断处理程序（Interrupt Service Routine，ISR）

中断处理程序是内核中用于处理中断请求的函数。每个中断都有一个对应的中断处理程序，它负责执行与该中断相关的操作。中断处理程序通常包括以下步骤：

1. 保存当前CPU状态。
2. 执行中断处理逻辑。
3. 恢复CPU状态。
4. 返回到中断之前的状态。

中断嵌套

中断嵌套是指在一个中断处理程序执行过程中，又出现了另一个中断请求。Linux内核通过中断嵌套来实现多级中断处理。中断嵌套的优先级由中断号决定，中断号越小，优先级越高。

中断屏蔽

中断屏蔽是指在中断处理过程中，暂时屏蔽某些中断请求，以避免多个中断同时出现。Linux内核通过设置中断描述符表中的标志位来实现中断屏蔽。

中断亲和性

中断亲和性是指将某个中断请求绑定到特定的CPU核心。这样可以节约中断处理的高效能，避免中断在不同核心之间切换带来的开销。

总结

Linux中断子系统是确保系统能够及时响应外部事件的关键。通过明白中断的基本概念、中断请求、中断描述符表、中断处理流程等知识点，可以更好地掌握Linux中断处理机制，为系统优化和故障排查提供理论赞成。

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