中断基础

关于中断的概念，很多人还停留在书本上，我们结合实际的操作系统来理解。先给出硬中断和软中断的介绍：

硬中断：外设处理过程中产生的，通过硬件控制器通知cpu自己的状态变化。

软中断：硬中断应该很快完成，才能有快的响应，所以将一部分可以延迟的处理从硬中断里独立出来，当硬中断处理完之后再处理这部分，就是软中断。

下面，我们以linux为例，分析一下中断的嵌套情况。

硬中断的嵌套

《深入理解linux内核》中讲过，linux下的硬中断处理是可以嵌套的，并且没有优先级。也就是说，一个中断可以打断正在执行的中断（同种中断除外，后文会讲）。无优先级地支持硬中断嵌套有两个主要原因：短时间内接受更多的中断，可以有大的设备控制吞吐量；无优先级可以简化内核，提高移植性。

硬中断的具体linux实现流程是：（参考linux kernel 4.0）

硬中断的汇编处理->do_IRQ->handle_irq->handle_edge_irq(handle_level_irq)->handle_irq_event->具体设备的硬中断处理

同种中断不嵌套是通过设置该种中断的数据结构的IRQD_IRQ_INPROGRESS标志位来屏蔽（本cpu和其它cpu的同种中断）的，置位表示已经在处理该种中断了，同种中断会判断此标志而退出，同时置上IRQS_PENDING标志位表示此种中断还需继续处理。这个过程是不是很类似于软中断的防止嵌套的套路？我们（计算机学习微信公众号：jsj_xx）的理解是：它们本质是一样的，只是硬中断这里防的是同种类型（即使是不同cpu上），而软中断那里防的是所有类型（只在同一个cpu上，还记得软中断基于per-cpu的数据结构吧），但防范机制是一样的！

据此，我们可以推出硬中断的最大的嵌套层数是：硬中断的类型数（同时需要未设置IRQF_DISABLED标志位，马上讲到）。

2009年开源社区已经开始讨论默认设置IRQF_DISABLED标志位（http://lwn.net/Articles/321663/）：如果设置了IRQF_DISABLED，那么该硬中断不允许被打断，也就禁止了嵌套。实际应用中，由于多队列网卡（一个网卡不再仅仅产生一种中断了,可能多达数十个！）会导致中断栈溢出，故于2010年终于关闭硬中断嵌套机制了，具体参考patch：e58aa3d2d0cc01ad8d6f7f640a0670433f794922（genirq: Run irqhandlers with interrupts disabled）

想想，有很多非常重要的事要做，是逐个做还是打断式并行做？如果是人去做的话，肯定会选逐个做。机器也一样？打断式并行做导致记录现场的存储量过大而崩溃。。。

硬中断的提速很重要，不管是拆分出软中断还是中断线程化，都是希望硬中断不要过多影响用户进程（特别是实时进程），毕竟有些硬中断和某些高优先级用户进程相比，其实并不重要。

软中断的嵌套

同种软中断不可以嵌套，但可以并行在不同cpu上，即使是同种类型。详细讲解请参考我们（计算机学习微信公众号：jsj_xx）之前的《理解linux内核的软中断（上/下）》。

总结

简洁地讲解硬中断和软中断的嵌套情况，硬中断的目标很明确：要快，不能影响系统其它高优先级进程。硬中断的详细细节（包括PIC/APIC/EDGE/LEVEL等）我们以后再讲。（纯属我们自己理解，如有不妥，还望指正）

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