Linux中断处理详解：从硬件到软件机制

"这篇文档是关于Linux中断处理的说明，主要涵盖了中断的基本概念、X86中断的硬件支持、中断向量表IDT的初始化、中断请求队列的初始化、中断响应和服务、以及bottomhalf机制（软中断等）的内容。" 在Linux操作系统中，中断处理是核心组件之一，它负责响应来自硬件的信号或异常情况，以便进行适当的响应和恢复。中断处理机制确保了系统的实时性和高效性。 1. 基本概念： - **中断** 是由硬件设备（如I/O设备）产生的，可以在程序执行的任何时刻触发，分为可屏蔽中断（可被其他中断打断）和不可屏蔽中断（优先级高，不能被阻止）。 - **异常** 是由执行中的指令引起的，例如除零操作会导致除零异常。 - **系统调用** 是用户程序请求操作系统服务的途径，通过特定的指令进入内核模式。 2. X86中断的硬件支持： - **8259a中断控制器** 作为中断管理器，接收硬件设备的中断请求并转发给CPU。 - **中断向量表寄存器IDTR** 存储中断向量表（IDT）的基地址，IDT包含了每个中断或异常的服务程序地址。 - **CPU的四种门** 包括任务门、中断门、陷阱门和调用门，它们定义了进入内核的不同方式。 - **任务状态段TSS** 保存了当前任务的运行状态，Linux中断机制利用TSS中的堆栈指针来保存和恢复上下文。 3. 中断向量表IDT的初始化： - **异常和系统调用** 使用陷阱门填充，每个异常对应的中断服务程序都是不同的，由`trap_init()`初始化。 - **外部中断** 使用中断门填充，所有外部中断最终都会跳转到同一个统一的中断服务程序，通过`init_IRQ()`进行设置。 4. **中断向量表IDT的初始化过程** 在`arch/i386/kernel/traps.c`中进行，如`set_gate()`宏定义和`set_trap_gate()`、`set_intr_gate()`、`set_system_gate()`函数用于设置不同类型的中断向量，填充相应的中断服务程序地址。 5. **bottomhalf机制**（软中断）： - 由于中断处理必须快速完成，某些耗时的操作会被推迟到中断处理程序之外的bottom half执行，以避免阻塞其他中断或降低系统响应速度。 Linux中断处理机制是其内核的关键部分，它允许系统有效地响应硬件事件，同时保持系统的稳定和高效运行。通过对中断向量表的初始化和利用各种中断门，Linux能够灵活地处理不同类型的中断请求，包括异常和系统调用。此外，bottomhalf机制确保了复杂任务的异步处理，从而优化了系统的整体性能。