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備依照CPU時鐘信號產(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，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，是由硬件設備產(chǎn)生的。異

2、常的產(chǎn)生源有兩種：一種是由程序的錯誤產(chǎn)生的，內(nèi)核通過發(fā)送一個Unix程序員都熟悉的信號來處理異常；第二種時內(nèi)核必須處理的異常條件產(chǎn)生的，此時內(nèi)核執(zhí)行恢復異常需要的所有步驟，例如缺頁，或?qū)?nèi)核服務的一個請求（系統(tǒng)調(diào)用，通過一條int指令）。有一個知識點值得了解：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、異常之間的搶占關系二、硬中斷、軟中斷、異常之間的搶占關系硬中斷可以被另一個優(yōu)先級比自己高的硬中斷“

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

4、在競爭條件，這是因為可延遲函數(shù)（軟中斷）的執(zhí)行總是在一個CPU上串行執(zhí)行也就是說，一個可延遲函數(shù)不會被另一個可延遲函數(shù)中斷。因此，根本不需要同步原語。我認為：一個軟中斷雖然不會被另一個軟中斷“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，因此還是會形成對資源的臨界區(qū)訪問。我覺得在保護軟中斷時，應該關閉本地軟中斷，比如用local_bh_disable）還沒寫完這篇博客，就知道我在這個問題上錯了。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，處干這些鎖的保護狀態(tài)中。內(nèi)核中的這些鎖是為了在SMP系統(tǒng)中短時間內(nèi)保證不同CPU上運行的進程

6、并發(fā)執(zhí)行的正確性。當持有這些鎖時，內(nèi)核不應該被搶占。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行新的調(diào)度，沒有理由將調(diào)度程序搶占掉再運行調(diào)度程序。5）內(nèi)核正在對每個CPU“私有”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)操作(PerCPUdatestructures)。在SMP中，對于perCPU數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)未用spinlocks保護，因為這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)隱含地被保護了(不同的CPU有不一樣的perCPU數(shù)據(jù)，其他CPU上運行的進程不會用到另一個CPU的

7、perCPU數(shù)據(jù))。但是如果允許搶占，但一個進程被搶占后重新調(diào)度，有可能調(diào)度到其他的CPU上去，這時定義的PerCPU變量就會有問題，這時應禁搶占。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)生的時機一般在：1）當從中斷處理程序正在執(zhí)行，且返回內(nèi)核空間之前。2）當內(nèi)核代碼再一次具有可搶占性的時候，如解鎖（spin_unlock_bh）及使能軟中斷(local_bh_enable)等。3）如果內(nèi)核中的任務顯式的調(diào)用sche

8、dule()。4）如果內(nèi)核中的任務阻塞(這同樣也會導致調(diào)用schedule())。內(nèi)核搶占主要是為實時系統(tǒng)來設計的，但也不是在所有情況下都是最優(yōu)的，因為搶占也需要調(diào)度和同步開銷，在某些情況下甚至要關閉內(nèi)核搶占。以下是一篇關于開啟和關閉內(nèi)核搶占性能測試的文章。developerwkscnlinuxlnptlindex.html四、怎么對內(nèi)核臨界區(qū)進行保護四、怎么對內(nèi)核臨界區(qū)進行保護在進程內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的互斥同步訪問時，我們最常用的辦法是：信