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1、第五章 中断与异常 中断的基本知识 中断描述符表的初始化 中断处理 中断的下半部处理机制 中断的应用时钟中断 中断控制的主要优点： CPU只有在I/O需要服务时才响应 外部中断： 外部设备所发出的I/O请求 内部中断： 也称之为“异常”，是为解决机器运行 时所出现的某些随机事件及编程方便 而出现的 中断常识 中断向量每个中断源都被分配一个8 位无符号整数作为类型码，即中断向量 中断的种类： 中断： 外部可屏蔽中断 外部非屏蔽中断 异常：不使用中断控制器，不能被屏蔽 故障 陷阱 外设可屏蔽中断 异常就是CPU内部出现的中断,即在CPU 执行特定指令时出现的非法情况。 非屏蔽中断就是计算机内部硬件
2、出错时 引起的异常情况 Intel把非屏蔽中断作为一种异常来处理 在CPU执行一个异常处理程序时，就不再 为其他异常或可屏蔽中断请求服务 中断描述符表 调用过程指令CALL ： CALL 过程名 调用中断过程的指令INT INT 中断向量 中断返回指令IRET IRET 加载中断描述符表的指令LIDT LIDT 48位的伪伪描述符 初始化中断描述符表 IDT表项的设置通过_set_gaet()函数实现 调用该函数在IDT表中插入一个中断门： set_intr_gate(unsigned int n, void *addr) 调用该函数在IDT表中插入一个陷阱门： set_trap_gate(u
3、nsigned int n, void *addr) 调用该函数在IDT表中插入一个系统门： set_system_gate(unsigned int n, void *addr) 初始化陷阱门和系统门 中断门的设置是由init_IRQ( )函数中的一段 代码完成的 ： 设置时必须跳过用于系统调用的向量0x80 中断处理程序的入口地址是一个数组 interrupt，数组中的每个元素是指向中断处 理函数的指针。 中断和异常的硬件处理 确定所发生中断或异常的向量i（在0255之间） 通过IDTR寄存器找到IDT表，读取IDT表第i项（或叫第i个 门） 分“段”级、“门”级两步进行有效性检查 检查是
4、否发生了特权级的变化 中断和异常处理中CPU的工作 SS ESP EFLAGS CS EIP ERROR CODE EFLAGS CS EIP ERROR CODE 堆 栈 增 长 方 向 中断发生前 夕的SS:ESP 返回地址 错误码 中断请求队列的建立 中断服务例程（Interrupt Service Routine ）：每个中断请求都有自己 单独的中断服务例程 中断处理程序：共享同一条中断线 的所有中断请求有一个总的中断处 理程序 在Linux中，15条中断线对应15个中 断处理程序 中断线共享的数据结构 注册中断服务例程 int request_irq(unsigned int irq
5、, void (*handler)(int, void *, struct pt_regs *), unsigned long irqflags, const char * devname, void *dev_id) CPU从中断控制器的一个端口取得中断向量I 根据I从中断描述符表IDT中找到相应的中断门 从中断门获得中断处理程序的入口地址 判断是否要进行堆栈切换 调用do_IRQ()对所接收的中断进行应答 ，并禁 止这条中断线 调用handle_IRQ_event（）来运行对应的中断 服务例程 从中断返回 中断服务例程在中断请求关闭的条 件下执行,避免嵌套使中断控制复 杂化 系统不能长时间
6、关中断运行，因此 内核应尽可能快的处理完中断请求 ，尽其所能把更多的处理向后推迟 内核把中断处处理分为为两部分：上半 部（top half）和下半部（bottom half），上半部内核立即执行，而 下半部留着稍后处理 小任务机制 struct tasklet_struct Struct tasklet_struct *next; unsigned long state; atomic_t count; void (*func) (unsigned long) ； unsigned long data; ； void tasklet_handler(unsigned long data) 小任
7、务不能睡眠，不能在小任务中使用信 号量或者其它产生阻塞的函数。但它运行 时可以响应中断 通过调用tasklet_schedule()函数并传递给它 相应的tasklet_struct指针，该小任务就会 被调度以便适当的时候执行： tasklet_schedule( unsigned long expires; unsigned long data; void (*function)(unsigned long); ; 定义定时器： struct timer_list my_timer; 初始化定时器： init_timer( 激活定时器： add_timer( 如果需要在定时器到期前停止定时器
8、， 可以使用del_timer()函数： del_timer( 定时器的执行与应用 timeout = 2 * HZ; /*1HZ等于100，因此为2000ms*/ set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); remaining = schedule_timeout(timeout); 内核用定时器实现进程的延时，调用schedule_timeout( )函数，该函数执行 下列语句：struct timer_list timer; expire = timeout + jiffies; init_timer( timer.expires = expire; timer.data = (unsigned long) current; timer.function = process_timeout; add_timer( schedule( ); /* 进程被挂起直到定时器到期 */ del_timer_sync( timeout = expire - jiffies; return (timeout “ “内核之旅内核之旅 ” ”网站网站 http:/ 电子杂志栏目是关于内核研究和学习的资料 第八期“中断”，将向读者依次解释中断概念 ，解析Linux中的中断实现机理以及Linux下中 断如何被使用。