內(nèi)核中斷,異常,搶占總結(jié)篇

1、內(nèi)核中斷，異常，搶占總結(jié)篇一、基本概念一、基本概念中斷分為同步中斷和異步中斷。同步中斷是由CPU控制單元產(chǎn)生的，“同步”是指只有在一條指令執(zhí)行完畢后，CPU才會(huì)發(fā)出中斷，而不是發(fā)生在代碼指令執(zhí)行期間，比如系統(tǒng)調(diào)用。而異步中斷是由其他硬件設(shè)備依照CPU時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生的，即意味著中斷能夠在指令之間發(fā)生，例如鍵盤中斷。按照Intel的微處理器手冊(cè)，同步中斷和異步中斷也分別稱為異常（或者軟件中斷）和中斷。中斷大家都比較熟悉，是由硬件設(shè)備產(chǎn)生的。異

2、常的產(chǎn)生源有兩種：一種是由程序的錯(cuò)誤產(chǎn)生的，內(nèi)核通過發(fā)送一個(gè)Unix程序員都熟悉的信號(hào)來處理異常；第二種時(shí)內(nèi)核必須處理的異常條件產(chǎn)生的，此時(shí)內(nèi)核執(zhí)行恢復(fù)異常需要的所有步驟，例如缺頁，或?qū)?nèi)核服務(wù)的一個(gè)請(qǐng)求（系統(tǒng)調(diào)用，通過一條int指令）。有一個(gè)知識(shí)點(diǎn)值得了解：內(nèi)核態(tài)能夠觸發(fā)的唯一異常就是缺頁異常，其他的都是用戶態(tài)觸發(fā)的。二、硬中斷、軟中斷、異常之間的搶占關(guān)系二、硬中斷、軟中斷、異常之間的搶占關(guān)系硬中斷可以被另一個(gè)優(yōu)先級(jí)比自己高的硬中斷“

3、中斷”，不能被同級(jí)（同一種硬中斷）或低級(jí)的硬中斷“中斷”，更不能被軟中斷“中斷”。軟中斷可以被硬中斷“中斷”，但是不會(huì)被另一個(gè)軟中斷“中斷”。在一個(gè)CPU上，軟中斷總是串行執(zhí)行。所以在單處理器上，對(duì)軟中斷的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行訪問不需要加任何同步原語。（關(guān)于這一點(diǎn)，我對(duì)《深入理解linux內(nèi)核》第三版P223頁中保護(hù)可延遲函數(shù)所訪問的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有疑問，書上說保護(hù)可延遲函數(shù)（軟中斷）所訪問的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)采取的措施：對(duì)于單處理器的情況，在單處理器上不存

4、在競(jìng)爭(zhēng)條件，這是因?yàn)榭裳舆t函數(shù)（軟中斷）的執(zhí)行總是在一個(gè)CPU上串行執(zhí)行也就是說，一個(gè)可延遲函數(shù)不會(huì)被另一個(gè)可延遲函數(shù)中斷。因此，根本不需要同步原語。我認(rèn)為：一個(gè)軟中斷雖然不會(huì)被另一個(gè)軟中斷“中斷”，但是可能被硬中斷“中斷”，而硬中斷最后還是要執(zhí)行到軟中斷，因此還是會(huì)形成對(duì)資源的臨界區(qū)訪問。我覺得在保護(hù)軟中斷時(shí)，應(yīng)該關(guān)閉本地軟中斷，比如用local_bh_disable）還沒寫完這篇博客，就知道我在這個(gè)問題上錯(cuò)了。附上在Linux內(nèi)核開

5、發(fā)中文郵件列表上某位仁兄提供的解答。開始處理軟中斷的情況主要是1、中斷退出執(zhí)行的irq_exit2、內(nèi)核線程ksoftirqd3、local_bh_enable而asmlinkagevoiddo_softirq(void)unsignedlongflags3）內(nèi)核的代碼段正持有spinlock自旋鎖、writelockreadlock讀寫鎖等鎖，處干這些鎖的保護(hù)狀態(tài)中。內(nèi)核中的這些鎖是為了在SMP系統(tǒng)中短時(shí)間內(nèi)保證不同CPU上運(yùn)行的進(jìn)程

6、并發(fā)執(zhí)行的正確性。當(dāng)持有這些鎖時(shí)，內(nèi)核不應(yīng)該被搶占。4）內(nèi)核正在執(zhí)行調(diào)度程序Scheduler。搶占的原因就是為了進(jìn)行新的調(diào)度，沒有理由將調(diào)度程序搶占掉再運(yùn)行調(diào)度程序。5）內(nèi)核正在對(duì)每個(gè)CPU“私有”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)操作(PerCPUdatestructures)。在SMP中，對(duì)于perCPU數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)未用spinlocks保護(hù)，因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)隱含地被保護(hù)了(不同的CPU有不一樣的perCPU數(shù)據(jù)，其他CPU上運(yùn)行的進(jìn)程不會(huì)用到另一個(gè)CPU的

7、perCPU數(shù)據(jù))。但是如果允許搶占，但一個(gè)進(jìn)程被搶占后重新調(diào)度，有可能調(diào)度到其他的CPU上去，這時(shí)定義的PerCPU變量就會(huì)有問題，這時(shí)應(yīng)禁搶占。除了上述情況，在內(nèi)核的任何地方都可能發(fā)生內(nèi)核搶占，內(nèi)核搶占發(fā)生的時(shí)機(jī)一般在：1）當(dāng)從中斷處理程序正在執(zhí)行，且返回內(nèi)核空間之前。2）當(dāng)內(nèi)核代碼再一次具有可搶占性的時(shí)候，如解鎖（spin_unlock_bh）及使能軟中斷(local_bh_enable)等。3）如果內(nèi)核中的任務(wù)顯式的調(diào)用sche

8、dule()。4）如果內(nèi)核中的任務(wù)阻塞(這同樣也會(huì)導(dǎo)致調(diào)用schedule())。內(nèi)核搶占主要是為實(shí)時(shí)系統(tǒng)來設(shè)計(jì)的，但也不是在所有情況下都是最優(yōu)的，因?yàn)閾屨家残枰{(diào)度和同步開銷，在某些情況下甚至要關(guān)閉內(nèi)核搶占。以下是一篇關(guān)于開啟和關(guān)閉內(nèi)核搶占性能測(cè)試的文章。developerwkscnlinuxlnptlindex.html四、怎么對(duì)內(nèi)核臨界區(qū)進(jìn)行保護(hù)四、怎么對(duì)內(nèi)核臨界區(qū)進(jìn)行保護(hù)在進(jìn)程內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的互斥同步訪問時(shí)，我們最常用的辦法是：信