【Linxu核心設計與實現】-第7章 中斷和中斷處理
第7章 中斷和中斷處理
作業系統的核心任務之一-對連線上的硬體進行管理（硬碟、鍵盤、滑鼠等）。要想管理這些硬體，就需要可以和他們進行通訊。硬體的反應要遠遠慢於CPU，輪詢會耗費大量CPU資源，顯然不適合，那就是通過中斷機制來實現。
7.1 中斷
（1）中斷本質上是一種特殊的電訊號。由硬體裝置發向處理器。
（2）中斷隨時可產生，核心隨時可能被到來的中斷所打斷。
（3）每個中斷都有唯一的數字標識，作業系統得以對中斷進行區分。
（4）硬體發出的中斷是為了引起核心的關注，“嗨，我有新的按鍵需要處理，讀取並處理這些操作把”。
（5）異常：異常與中斷不同，異常產生時必須與處理器時鐘同步。異常也常常稱為同步中斷。
（6）系統呼叫是一種異常，來進入核心。
（7）中斷是由硬體引起的，而不是軟體。
7.2 中斷處理程式
（1）在響應一箇中斷的時候，核心會執行中斷處理程式，或者稱為中斷服務程式。
（2）產生中斷的每個裝置都有一個相應的中斷處理程式。
（3）一個裝置的中斷處理程式，是它裝置驅動程式的一部分。裝置驅動程式是用於對裝置管理的核心程式碼。
（4）Linux中，裝置驅動程式是C函式而已，只是需要按照特定的型別宣告。
（5）中斷處理程式是被核心呼叫來響應中斷的，運行於中斷上下文的特殊上下文中（該上下文程式碼不可被阻塞）。
（6）中斷隨時發生，中斷服務程式隨時可能被執行，因此需要保證中斷處理程式可以快速執行。
（7）中斷服務程式需要告訴硬體，我聽到你了，現在回去工作吧。即需要對硬體應答，同時可能需要進行資料拷貝等操作。如網路裝置中斷。
7.3 上半部與下半部對比
（1）中斷處理為了執行快，而且可執行的內容多，因此被分為上半部和下半部。
（2）
- 上半部：中斷處理程式，接收一箇中斷，它就立刻開始執行，只做有嚴格時限的工作，例如對接受的中斷進行硬體應答或者復位硬體。
- 下半部：允許稍後完成的工作。Linux提供了實現下半部的各種機制。
（3）網絡卡例子
上半部：
網絡卡發出中斷：hi核心，我有資料來了。核心執行網絡卡中斷處理程式來做出應答。拷貝最新網路資料包到記憶體中，因為網絡卡快取有限，不及時拷貝，資料可能丟失，拷貝後上半部分完成。
下半部：
處理和操作資料包。
7.4 註冊中斷處理程式
（1）中斷處理程式是驅動程式的組成部分。驅動程式可以通過request_irq()函式註冊一箇中斷處理程式。並且啟用給定的中斷線，以處理中斷。
（2）request_irq()在<linux/interrupt.h>中
int request_irq（unsignedint irq，irq_handler_t handler,unsigned long flags，const char * name，void *dev）
- 第一個引數irq：
要分配的中斷號。
- 第二個引數handler：
是一個指標，指向處理這個中斷的中斷處理程式。只有作業系統一接受到中斷，這個函式就會被呼叫。
7.4.1 中斷處理程式標誌
- 第三個引數flags：
可以是0，也可以是一個或多個標誌的位掩碼<linux/interrupt.h>。
- 第四個引數name：
與中斷相關的裝置的ASCII文字表示，這些名字會被/proc/irq和/proc/interrupts檔案使用，以便與使用者通訊。
- 第五個引數dev：
用於共享中短線，如果無需共享中斷線，那麼該引數設定成NULL即可。當中斷處理程式需要釋放的時候，dev將提供唯一的標識資訊（cookie），以便從共享中斷線諸多中斷處理程式中刪除指定的哪一個。
- 返回值：
執行成功返回：0。非零則失敗。
注意：
request_irq()函式可能休眠，不能在中斷上下文或其他不允許阻塞的程式碼中呼叫，由於kmalloc()可能休眠。
7.4.2 一箇中斷例子
7.4.3 釋放中斷處理程式
（1）解除安裝驅動的時候，需要登出相應的中斷線。呼叫
Void free_irq(unsigned int irq , void *dev)
7.5 編寫中斷處理程式
中斷處理程式函式宣告
static irqreturn_t intr_handler（int irq，void *dev）- 引數irq：中斷號
- 引數dev：通用指標，與傳遞給request_irq()的dev一致。可以用來區分共享同一中斷處理程式的多個裝置。
- 返回值irqreturn_t：實際為一個int。中斷處理程式被正常呼叫，且確實是它所對應裝置產生中斷時返回IRQ_HANDLER。
7.6 中斷上下文
（1）當執行一箇中斷處理程式時，核心處於中斷上下文中。
（2）中斷上下文不可以休眠,具有較為嚴格的時間限制。
（3）回憶：程序上下文是一種核心所處的操作模式，此時核心代表程序執行，如執行系統呼叫或者執行核心執行緒，程序上下文可以休眠，也可以呼叫排程程式。
（4）中斷處理程式儘可能的迅速，簡潔，儘可能把工作從中斷處理程式中獨立出來，放在下半部執行，因為下半部可以在更適合的時間執行。
7.7 中斷處理機制的實現（待深入）
（1）中斷處理系統在Linux中的實現非常依賴於體系結構
7.8 /proc/interrupts
（1）procfs是一個虛擬檔案系統，只存在於核心記憶體中，一般安裝與/proc目錄。
（2）/proc/interrupts中存放了系統中與中斷相關的統計資訊。
7.9 中斷控制
7.9.1 禁止和啟用中斷
（1）用於禁止和啟用當前處理器上的本地中斷。
7.9.2 禁止指定中斷線
（1）僅禁止整個系統中的某一條中斷線。
7.9.3 中斷系統的狀態
（1）獲取中斷系統的狀態（禁止or啟用），是否處於中斷上下文的執行狀態。
（2）中斷控制方法列表
7.10 小結
中斷是一種由裝置使用的硬體資源非同步的向處理器發訊號，中斷就是由硬體來打斷作業系統。
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