Linux 内核需要对连接到计算机上的所有硬件设备进行管理,毫无疑问这是它的份内事。如果要管理这些设备,首先得和它们互相通信才行,一般有两种方案可实现这种功能:
轮询(polling) 让内核定期对设备的状态进行查询,然后做出相应的处理;中断(interrupt) 让硬件在需要的时候向内核发出信号(变内核主动为硬件主动)。
第一种方案会让内核做不少的无用功,因为轮询总会周期性的重复执行,大量地耗用 CPU 时间,因此效率及其低下,所以一般都是采用第二种方案 。
对于中断的理解我们先看一个生活中常见的例子:QQ。第一种情况:你正在工作,然后你的好友突然给你发送了一个窗口抖动,打断你正在进行的工作。第
二种情况:当然你有时候也会每隔 5 分钟就去检查一下 QQ
看有没有好友找你,虽然这很浪费你的时间。在这里,一次窗口抖动就可以被相当于硬件的中断,而你就相当于 CPU,你的工作就是 CPU
这在执行的进程。而定时查询就被相当于 CPU 的轮询。在这里可以看到:同样作为 CPU 和硬件沟通的方式,中断是硬件主动的方式,较轮询(CPU
主动)更有效些,因为我们都不可能一直无聊到每隔几分钟就去查一遍好友列表。
CPU
有大量的工作需要处理,更不会做这些大量无用功。当然这只是一般情况下。好了,这里又有了一个问题,每个硬件设备都中断,那么如何区分不同硬件呢?不同设
备同时中断如何知道哪个中断是来自硬盘、哪个来自网卡呢?这个很容易,不是每个 QQ 号码都不相同吗?同样的,系统上的每个硬件设备都会被分配一个
IRQ 号,通过这个唯一的 IRQ 号就能区别张三和李四了。
从物理学的角度看,中断是一种电信号,由硬件设备产生,并直接送入中断控制器(如
8259A)的输入引脚上,然后再由中断控制器向处理器发送相应的信号。处理器一经检测到该信号,便中断自己当前正在处理的工作,转而去处理中断。此后,
处理器会通知 OS 已经产生中断。这样,OS
就可以对这个中断进行适当的处理。不同的设备对应的中断不同,而每个中断都通过一个唯一的数字标识,这些值通常被称为中断请求线。
在系统结构中,CPU工作的模式有两种,一种是中断,由各种设备发起;一种是轮询,由CPU主动发起。中断IRQ:
中断允许让设备(如键盘,串口卡,并口等设备)表明它们需要CPU。一旦CPU接收了中断请求,CPU就会暂时停止执行正在运行的程序,并且调用一个称为中断处理器或中断服务程序(interrupt service routine)的特定程序。CPU处理完中断后,就会恢复执行之前被中断的程序。
中断分类:
硬中断+软中断
硬中断:
①非屏蔽中断:不能被屏蔽,硬件发生的错误:内存错误,风扇故障,温度传感器故障等。
②可屏蔽中断:可被CPU忽略或延迟处理。当缓存控制器的外部针脚被触发的时候就会产生这种类型的中断,而中断屏蔽寄存器就会将这样的中断屏蔽掉。我们可以将一个比特位设置为0,来禁用在此针脚触发的中断。
软中断:
是软件实现的中断,也就是程序运行时其他程序对它的中断而硬中断是硬件实现的中断,是程序运行时设备对它的中断。
CPU之间的中断处理(IPI)
处理器间中断允许一个CPU向系统其他的CPU发送中断信号,处理器间中断(IPI)不是通过IRQ线传输的,而是作为信号直接放在连接所有CPU本地APIC的总线上。
CALL_FUNCTION_VECTOR (向量0xfb)
发往所有的CPU,但不包括发送者,强制这些CPU运行发送者传递过来的函数,相应的中断处理程序叫做call_function_interrupt(),例如,地址存放在群居变量call_data中来传递的函数,可能强制其他所有的CPU都停止,也可能强制它们设置内存类型范围寄存器的内容。通常,这种中断发往所有的CPU,但通过smp_call_function()执行调用函数的CPU除外。
RESCHEDULE_VECTOR (向量0xfc)
当一个CPU接收这种类型的中断时,相应的处理程序限定自己来应答中断,当从中断返回时,所有的重新调度都自动运行。
INVALIDATE_TLB_VECTOR (向量0xfd)
发往所有的CPU,但不包括发送者,强制它们的转换后援缓冲器TLB变为无效。相应的处理程序刷新处理器的某些TLB表项。
Linux的HUP,INT,KILL,TERM,TSTP中断信号区别为:键入不同、对应 *** 作不同、启用不同。
一、键入不同
1、HUP中断信号:HUP中断信号是当用户键入<Ctrl+X>时由终端驱动程序发送的信号。
2、INT中断信号:INT中断信号是当用户键入<Ctrl+I>时由终端驱动程序发送的信号。
3、KILL中断信号:KILL中断信号是当用户键入<Ctrl+Z>时由终端驱动程序发送的信号。
4、TERM中断信号:TERM中断信号是当用户键入<Ctrl+ \>时由终端驱动程序发送的信号。
5、TSTP中断信号:TSTP中断信号是当用户键入<Ctrl+T>时由终端驱动程序发送的信号。二、对应 *** 作不同
1、HUP中断信号:HUP中断信号的对应 *** 作为让进程挂起,睡眠。
2、INT中断信号:INT中断信号的对应 *** 作为正常关闭所有进程。
3、KILL中断信号:KILL中断信号的对应 *** 作为强制关闭所有进程。
4、TERM中断信号:TERM中断信号的对应 *** 作为正常的退出进程。
5、TSTP中断信号:TSTP中断信号的对应 *** 作为暂时停用进程。
三、启用不同
1、HUP中断信号:HUP中断信号发送后,可以重新被用户再次输入恢复启用进程。
2、INT中断信号:INT中断信号发送后,不可以重新被用户再次输入恢复启用进程。
3、KILL中断信号:KILL中断信号发送后,不可以重新被用户再次输入恢复启用进程。
4、TERM中断信号:TERM中断信号发送后,可以重新被用户再次输入启用进程。
5、TSTP中断信号:TSTP中断信号发送后,可以重新被用户再次输入继续使用进程。
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