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深入研究Linux內核中斷處理機制：中斷優(yōu)先級與處理程序
引言
在Linux操作系統(tǒng)中，中斷是處理器響應硬件設備事件的一種機制，當一個外部事件發(fā)生時（如按鍵、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)到達等），硬件設備會發(fā)送一個信號給處理器，導致處理器中斷當前的任務并轉而執(zhí)行一個特定的中斷處理程序，這一過程稱為中斷處理，它是實時計算和多任務操作系統(tǒng)的基礎。
中斷的類型
在Linux中，中斷分為兩種類型：
1、硬件中斷：由物理設備產(chǎn)生的中斷，如鍵盤輸入、網(wǎng)絡接口收到數(shù)據(jù)包等。
2、軟件中斷：通常指異常（exceptions）和陷入（traps），由CPU執(zhí)行指令流中的異?；蛳萑胫噶町a(chǎn)生。
中斷優(yōu)先級
中斷被分配了一個優(yōu)先級，用以確定它們之間的處理順序，通常，中斷優(yōu)先級是由硬件設計和中斷控制器的配置決定的，高優(yōu)先級的中斷會搶占低優(yōu)先級的中斷處理。
中斷處理程序
每個中斷都關聯(lián)有一個中斷處理程序，它定義了如何響應該中斷，在Linux中，中斷處理程序通常是以底半部（bottom half）和頂半部（top half）的形式存在，頂半部處理緊急和關鍵的任務，而底半部負責延遲和非關鍵的任務。
頂半部（Top Half）
快速處理，最小化阻塞時間。
通常禁用中斷，避免嵌套中斷。
處理硬件緊急事件，如硬件復位。
調用底半部處理程序進行進一步處理。
底半部（Bottom Half）
執(zhí)行較慢，可能會睡眠。
通常在進程上下文中運行，可被調度器管理。
完成設備驅動程序中非緊急的任務，如數(shù)據(jù)拷貝。
中斷處理流程
以下是Linux內核中斷處理的典型流程：
1、檢測中斷：處理器檢測到中斷信號。
2、保存狀態(tài)：處理器自動保存當前執(zhí)行環(huán)境。
3、識別中斷：通過中斷向量查找對應的中斷處理程序。
4、進入頂半部：執(zhí)行頂半部代碼，快速響應硬件事件。
5、調用底半部：如果需要，從頂半部切換到底半部處理。
6、返回用戶空間：處理完成后，恢復先前的用戶執(zhí)行環(huán)境。
中斷編程接口
Linux提供了一些系統(tǒng)調用和機制，允許開發(fā)者注冊自己的中斷處理程序：
request_irq：注冊一個新的中斷處理程序。
free_irq：注銷已注冊的中斷處理程序。
disable_irq 和 enable_irq：分別用于禁止和允許特定中斷。
相關問題與解答
Q1: 什么是中斷的頂半部和底半部？
A1: 中斷處理被分為兩個部分，頂半部負責快速處理硬件事件，立即執(zhí)行并且通常不允許被打斷；底半部負責執(zhí)行延遲的、非緊急的任務，它可以被放入隊列中稍后執(zhí)行，允許睡眠和重新調度。
Q2: 如何處理中斷嵌套的情況？
A2: 當一個中斷處理程序正在執(zhí)行時發(fā)生另一個中斷，就會產(chǎn)生中斷嵌套，Linux通過幾種方式處理這種情況：一種方法是使能中斷嵌套，即允許更高優(yōu)先級的中斷打斷當前的中斷處理；另一種方法是在頂半部處理程序中臨時禁用中斷，防止嵌套，但這種方法會增加延遲，正確設計中斷處理程序以保持它們的執(zhí)行盡可能快且簡短，可以減少因中斷嵌套引起的問題。
網(wǎng)頁題目：深入研究Linux內核中斷處理機制：中斷優(yōu)先級與處理程序
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