Linux 中断系统详解33


在 Linux 操作系统中,中断系统是一个至关重要的组件,负责处理来自硬件设备的事件请求。当硬件设备需要系统的注意时,它会向 CPU 发送一个中断请求,从而触发中断处理。

中断向量表

中断向量表是一个保存中断处理程序地址的数组。当收到中断请求时,CPU 根据中断号查阅中断向量表以确定要调用的中断处理程序。每个中断都有一个唯一的编号,称为中断号 (IRQ)。

中断描述符表 (IDT)

中断描述符表 (IDT) 是一个数据结构,存储有关每个中断的信息,包括中断处理程序的地址、访问权限和中断类型。每个中断都由一个中断描述符表示,其中包含以下信息:
中断处理程序的地址
中断类型 (硬件或软件)
中断权限级别
中断堆栈段选择子

中断处理

当收到中断请求时,CPU 会完成以下步骤:
确定中断号 (IRQ)。
根据 IRQ 使用中断向量表查找中断描述符。
将 CPU 的寄存器保存到中断堆栈中。
设置新的堆栈段选择子。
跳转到中断处理程序。
中断处理程序处理中断。
中断处理程序返回,恢复保存在堆栈中的寄存器。
CPU 继续执行中断前的代码。

中断类型

在 Linux 中,有两种主要类型的中断:
硬件中断:由硬件设备生成,例如时钟滴答、键盘输入或磁盘 I/O 操作。
软件中断:由软件生成,例如系统调用。

中断使能和禁用

可以根据需要使能或禁用中断。这通常通过以下指令完成:
STI:使能中断
CLI:禁用中断

中断屏蔽

可以根据中断优先级屏蔽中断。当中断屏蔽时,只有优先级较高的中断才能被处理。这可用于防止低优先级中断干扰高优先级中断的处理。

中断处理程序

中断处理程序是响应中断请求而调用的代码。中断处理程序负责处理中断的特定原因并采取适当的措施。例如,时钟中断处理程序可能会更新系统时间,而键盘中断处理程序可能会将击键事件添加到输入队列中。

中断管理

Linux 中的中断由中断控制器管理。中断控制器是一个硬件设备,负责接收和优先处理中断请求。不同的架构可能使用不同的中断控制器。例如,x86 架构使用可编程中断控制器 (PIC) 或高级可编程中断控制器 (APIC),而 ARM 架构使用通用中断控制器 (GIC)。

中断系统是 Linux 操作系统中至关重要的组件,它使系统能够响应硬件和软件事件。理解中断处理过程对于开发高效且健壮的应用程序至关重要。通过管理和处理中断,Linux 可以高效地执行任务并为用户提供响应式和可靠的体验。

2025-02-08


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