linux内核--中断和中断程序（三）
中断还是中断，我讲了很多次的中断了，今天还是要讲中断，为啥呢？因为在操作系统中，中断是必须要讲的..
那么什么叫中断呢， 中断还是打断，这样一说你就不明白了。唉，中断还真是有点像打断。我们知道linux管理所有的硬件设备，要做的第一件事先是通信。然后，我们天天在说一句话：处理器的速度跟外围硬件设备的速度往往不在一个数量级上，甚至几个数量级的差别，这时咋办，你总不能让处理器在那里傻等着你硬件做好了告诉我一声吧。这很容易就和日常生活联系起来了，这样效率太低，不如我处理器做别的事情，你硬件设备准备好了，告诉我一声就得了。这个告诉，咱们说的轻松，做起来还是挺费劲啊！怎么着，简单一点，轮训(polling)可能就是一种解决方法，缺点是操作系统要做太多的无用功，在那里傻傻的做着不重要而要重复的工作，这里有更好的办法---中断，这个中断不要紧，关键在于从硬件设备的角度上看，已经实现了从被动为主动的历史性突破。
中断的例子我就不说了，这个很显然啊。分析中断，本质上是一种特殊的电信号，由硬件设备发向处理器，处理器接收到中断后，会马上向操作系统反应此信号的带来，然后就由OS负责处理这些新到来的数据，中断可以随时发生，才不用操心与处理器的时间同步问题。不同的设备对应的中断不同，他们之间的不同从操作系统级来看，差别就在于一个数字标识-----中断号。专业一点就叫中断请求(IRQ)线,通常IRQ都是一些数值量。有些体系结构上，中断好是固定的，有的是动态分配的，这不是问题所在，问题在于特定的中断总是与特定的设备相关联，并且内核要知道这些信息，这才是最关键的,不是么？哈哈.
用书上一句话说：讨论中断就不得不提及异常，异常和中断不一样，它在产生时必须要考虑与处理器的时钟同步，实际上，异常也常常称为同步中断，在处理器执行到由于编程失误而导致的错误指令的时候，或者是在执行期间出现特殊情况，必须要靠内核来处理的时候，处理器就会产生一个异常。因为许多处理器体系结构处理异常以及处理中断的方式类似，因此，内核对它们的处理也很类似。这里的讨论，大部分都是适合异常，这时可以看成是处理器本身产生的中断。
中断产生告诉中断控制器，继续告诉操作系统内核，内核总是要处理的，是不？这里内核会执行一个叫做中断处理程序或中断处理例程的函数。这里特别要说明，中断处理程序是和特定中断相关联的，而不是和设备相关联，如果一个设备可以产生很多中断，这时该设备的驱动程序也就需要准备多个这样的函数。一个中断处理程序是设备驱动程序的一部分，这个我们在linux设备驱动中已经说过，就不说了，后面我也会提到一些。前边说过一个问题：中断是可能随时发生的，因此必须要保证中断处理程序也能随时执行，中断处理程序也要尽可能的快速执行，只有这样才能保证尽可能快地恢复中断代码的执行。
但是，不想说但是，大学第一节逃课的情形现在仍记忆犹新：又想马儿跑，又想马儿不吃草，怎么可能！但现实问题或者不像想象那样悲观，我们的中断说不定还真有奇迹发生。这个奇迹就是将中断处理切为两个部分或两半。中断处理程序上半部(top half)---接收到一个中断，它就立即开始开始执行，但只做严格时限的工作，这些工作都是在所有中断被禁止的情况下完成的。同时，能够被允许稍后完成的工作推迟到下半部(bottom half)去，此后，下半部会被执行，通常情况下，下半部都会在中断处理程序返回时立即执行。我会在后面谈论linux所提供的是实现下半部的各种机制。
说了那么多，现在开始第一个问题：如何注册一个中断处理程序。我们在linux驱动程序理论里讲过，通过一下函数可注册一个中断处理程序：
1.request_irq()的参数flags必须设置为SA_SHIRQ标志。在指定SA_SHIRQ标志以调用request_irq()时，只有在以下两种情况下才能成功：中断当前未被注册或者在该线上的所有已注册处理程序都指定了SA_SHIRQ.A。注意，在这一点上2.6与以前的内核是不同的，共享的处理程序可以混用SA_INTERRUPT. 一旦内核接收到一个中断后，它将依次调用在该中断线上注册的每一个处理程序。因此一个处理程序必须知道它是否应该为这个中断负责。如果与它相关的设备并没有产生中断，那么中断处理程序应该立即退出，这需要硬件设备提供状态寄存器(或类似机制)，以便中断处理程序进行检查。毫无疑问，大多数设备都提这种功能。
当执行一个中断处理程序或下半部时，内核处于中断上下文(interrupt context)中。对比进程上下文，进程上下文是一种内核所处的操作模式，此时内核代表进程执行，可以通过current宏关联当前进程。此外，因为进程是进程上下文的形式连接到内核中，因此，在进程上下文可以随时休眠，也可以调度程序。但中断上下文却完全不是这样，它可以休眠，因为我们不能从中断上下文中调用函数。如果一个函数睡眠，就不能在中断处理程序中使用它，这也是对什么样的函数能在中断处理程序中使用的限制。还需要说明一点的是，中断处理程序没有自己的栈，相反，它共享被中断进程的内核栈，如果没有正在运行的进程，它就使用idle进程的栈。因为中断程序共享别人的堆栈，所以它们在栈中获取空间时必须非常节省。内核栈在32位体系结构上是8KB，在64位体系结构上是16KB.执行的进程上下文和产生的所有中断都共享内核栈。
下面给出中断从硬件到内核的路由过程(截图选自liuux内核分析与设计p61)，然后做出总结：
图一 中断从硬件到内核的路由
上面的图内部说明已经很明确了，我这里就不在详谈。在内核中，中断的旅程开始于预定义入口点，这类似于系统调用。对于每条中断线，处理器都会跳到对应的一个唯一的位置。这样，内核就可以知道所接收中断的IRQ号了。初始入口点只是在栈中保存这个号，并存放当前寄存器的值(这些值属于被中断的任务)；然后，内核调用函数do_IRQ().从这里开始，大多数中断处理代码是用C写的。do_IRQ()的声明如下：
上面是这个文件的输入，第一列是中断线(中断号)，第二列是一个接收中断数目的计数器，第三列是处理这个中断的中断控制器，最后一列是与这个中断有关的设备名字，这个名字是通过参数devname提供给函数request_irq()的。最后，如果中断是共享的，则这条中断线上注册的所有设备都会列出来，如4号中断。
Linux内核给我们提供了一组接口能够让我们控制机器上的中断状态，这些接口可以在<asm/system.h>和<asm/irq.h>中找到。一般来说，控制中断系统的原因在于需要提供同步，通过禁止中断，可以确保某个中断处理程序不会抢占当前的代码。此外，禁止中断还可以禁止内核抢占。然而，不管是禁止中断还是禁止内核抢占，都没有提供任何保护机制来防止来自其他处理器的并发访问。Linux支持多处理器，因此，内核代码一般都需要获取某种锁，防止来自其他处理器对共享数据的并发访问，获取这些锁的同时也伴随着禁止本地中断。锁提供保护机制，防止来自其他处理器的并发访问，而禁止中断提供保护机制，则是防止来自其他中断处理程序的并发访问。
在linux设备驱动理论帖里详细介绍过linux的中断操作接口，这里就大致过一下，禁止/使能本地中断(仅仅是当前处理器)用：
