中断上下文中无法睡眠的原因大家一定很清楚,原因在于中断上下文不是一个进程上下文,其没有一个专门用来描述CPU寄存器等信息的数据结构,所以无法被调度器调度。如果将中断上下文也设计成进程上下文,那么调度器就可以对其进行调度,如果在开中断的情况下,其自然就可以睡眠了。但是,如果这样设计,那么中断处理的效率将会降低。中断(硬中断、软中断)处理都是些耗时不是很长,对实时性要求很高,执行频度较高的应用,所以,如果采用一个专门的后台daemon对其处理,显然并不合适。
Linux对中断进行了有效的管理,一个中断发生之后,都会通过相应的中断向量表获取该中断的处理函数。在Linux操作系统中都会调用do_IRQ这个函数,在这个函数中都会执行__do_IRQ(),__do_IRQ函数调用该中断的具体执行函数。在执行过程中,该函数通过中断号找到具体的中断描述结构irq_desc,该结构对某一具体硬件中断进行了描述。在irq_desc结构中存在一条链表irqaction,这条链表中的某一项成员都是一个中断处理方法。这条链表很有意思,其实现了中断共享,例如传统的PCI总线就是采用共享中断的方法,该链表中的一个节点就对应了一个PCI设备的中断处理方法。在PCI设备驱动加载时,都需要注册本设备的中断处理函数,通常会调用request_irq这个函数,通过这个函数会构造一个具体的irq action,然后挂接到某个具体irq_desc的action链表下,实现中断处理方法的注册。在__do_IRQ函数中会通过handle_IRQ_event()函数遍历所有的action节点,完成中断处理过程。到目前为止,中断处理函数do_IRQ完成的都是上半部的工作,也就是设备注册的中断服务程序。在中断上半部中,通常都是关中断的,基本都是完成很简单的操作,否则将会导致中断的丢失。耗时时间相对较长,对实时性要求不是最高的应用都会被延迟处理,都会在中断下半部中执行。所以,在中断上半部中都会触发软中断事件,然后执行完毕,退出服务。
__do_IRQ完成之后,返回到do_IRQ函数,在该函数中调用了一个非常重要的函数irq_exit(),在该函数中调用invoke_softirq(),invoke_softirq调用do_softirq()函数,执行软中断的操作。此时,程序的执行环境还是中断上下文,但是与中断上半部不同的是,软中断执行过程中是开中断的,能够被硬中断而中断。所以,如果用户的程序在软中断中睡眠,操作系统该如何调度呢?只有kernel panic了。另外,软中断除了上述执行点之外,还有其他的执行点,在内核中还有一个软中断的daemon处理软中断事务,驱动程序也可以自己触发一个软中断事件,并且在软中断的daemon上下文中执行。但是硬中断触发的事件都不会在这个daemon的上下文中执行,除非修改Linux中的do__IRQ代码。
上述对软中断的执行做了简要分析,我对Linux中的硬中断管理机制做了一些代码分析,这一块代码量不是很大,可移植性非常的好~~建议大家阅读,对我上述的分析和理解存在什么不同意见,欢迎大家讨论。