關(guān)于LINUX在中斷（硬軟）中不能睡眠的真正原因

思一克

看鄰居帖子，大家回答的問(wèn)題不大。但也有不同的回答和解釋。有點(diǎn)亂。

有必要討論，得出固定的結(jié)論。

xiegang112

確實(shí)，大家說(shuō)了很多，有些地方還是不是很清楚。
希望高手們能給出正解

scutan

原帖由 思一克 于 2007-6-27 09:19 發(fā)表于 1樓  
看鄰居帖子，大家回答的問(wèn)題不大。但也有不同的回答和解釋。有點(diǎn)亂。

有必要討論，得出固定的結(jié)論。

其實(shí)這只是一個(gè)設(shè)計(jì)上的問(wèn)題, 而并不是強(qiáng)制的. 只是針對(duì)Linux內(nèi)核而言, 這是規(guī)矩.
LKD2上面說(shuō), 切換出去之后, 何時(shí)才能調(diào)度回來(lái)? 就是中斷回來(lái)之后可能不會(huì)回到之前所依俯的那個(gè)進(jìn)程了.
中斷不能睡眠的的最大好處就是可以簡(jiǎn)化內(nèi)核的設(shè)計(jì). 如果說(shuō)中斷隨時(shí)可以睡眠的話, 那么就必須考慮很多其它方面的事情, 比如睡眠之后又出現(xiàn)了
同一IRQ號(hào)的中斷又該怎么辦, 等等.
其實(shí), 如果自己能把握好, 中斷中睡眠也是可以的. 但是必須能夠保證這段代碼具有足夠的安全性與可靠性.
這是我的理解.

zx_wing

呵呵，我最喜歡這種討論了。先來(lái)獻(xiàn)丑了，說(shuō)說(shuō)我的看法。
先把中斷處理流程給出來(lái)

1. 
   
2. 1.進(jìn)入中斷處理程序--->2.保存關(guān)鍵上下文---->3.開(kāi)中斷（sti指令）--->4.進(jìn)入中斷處理程序的handler--->5.關(guān)中斷（cli指令）---->6.寫(xiě)EOI寄存器（表示中斷處理完成）---->7.開(kāi)中斷。
   

復(fù)制代碼

硬中斷：
對(duì)應(yīng)于上圖的1、2、3步驟，在這幾個(gè)步驟中，所有中斷是被屏蔽的，如果在這個(gè)時(shí)候睡眠了，操作系統(tǒng)不會(huì)收到任何中斷（包括時(shí)鐘中斷），系統(tǒng)就基本處于癱瘓狀態(tài)（例如調(diào)度器依賴的時(shí)鐘節(jié)拍沒(méi)有等等……）

軟中斷：
對(duì)應(yīng)上圖的4（當(dāng)然，準(zhǔn)確的說(shuō)應(yīng)該是4步驟的后面一點(diǎn)，先把話說(shuō)保險(xiǎn)點(diǎn)，免得思一克又開(kāi)始較真 ）。這個(gè)時(shí)候不能睡眠的關(guān)鍵是因?yàn)樯舷挛摹?br /> 大家知道操作系統(tǒng)以進(jìn)程調(diào)度為單位，進(jìn)程的運(yùn)行在進(jìn)程的上下文中，以進(jìn)程描述符作為管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。進(jìn)程可以睡眠的原因是操作系統(tǒng)可以切換不同進(jìn)程的上下文，進(jìn)行調(diào)度操作，這些操作都以進(jìn)程描述符為支持。
中斷運(yùn)行在中斷上下文，沒(méi)有一個(gè)所謂的中斷描述符來(lái)描述它，它不是操作系統(tǒng)調(diào)度的單位。一旦在中斷上下文中睡眠，首先無(wú)法切換上下文（因?yàn)闆](méi)有中斷描述符，當(dāng)前上下文的狀態(tài)得不到保存），其次，沒(méi)有人來(lái)喚醒它，因?yàn)樗�不是操作系統(tǒng)的調(diào)度單位。
此外，中斷的發(fā)生是非常非常頻繁的，在一個(gè)中斷睡眠期間，其它中斷發(fā)生并睡眠了，那很容易就造成中斷棧溢出導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

如果上述條件滿足了（也就是有中斷描述符，并成為調(diào)度器的調(diào)度單位，棧也不溢出了，理論上是可以做到中斷睡眠的），中斷是可以睡眠的，但會(huì)引起很多問(wèn)題.例如，你在時(shí)鐘中斷中睡眠了，那操作系統(tǒng)的時(shí)鐘就亂了，調(diào)度器也了失去依據(jù)；例如，你在一個(gè)IPI（處理器間中斷）中，其它CPU都在死循環(huán)等你答復(fù)，你確睡眠了，那其它處理器也不工作了；例如，你在一個(gè)DMA中斷中睡眠了，上面的進(jìn)程還在同步的等待I/O的完成，性能就大大降低了……還可以舉出很多例子。所以，中斷是一種緊急事務(wù)，需要操作系統(tǒng)立即處理，不是不能做到睡眠，是它沒(méi)有理由睡眠。

好了，羅嗦了一大堆，大家見(jiàn)仁見(jiàn)智，不要罵人就好。

思一克

zx_wing, scutan 謝謝

思一克

那么LINUX有在中斷中睡眠的地方嗎

zx_wing

原帖由 思一克 于 2007-6-27 10:21 發(fā)表于 6樓  
那么LINUX有在中斷中睡眠的地方嗎

據(jù)我所知沒(méi)有。但有沒(méi)有人在他自己寫(xiě)的驅(qū)動(dòng)程序的中斷處理handler中睡眠就不知道了

gta

任何os，不管是分時(shí)os，還是實(shí)時(shí)os，不管是微內(nèi)核，還是巨內(nèi)核，在ISR中都不能進(jìn)行進(jìn)程切換。因?yàn)镮SR不屬于任何進(jìn)程，而切換只能發(fā)生在進(jìn)程上下文中。雖然ISR在執(zhí)行過(guò)程中要使用進(jìn)程的系統(tǒng)堆棧，但那只是借用，堆棧并不屬于isr，而是屬于進(jìn)程。
也可以從優(yōu)先級(jí)角度來(lái)理解。任何進(jìn)程，不論其優(yōu)先級(jí)多高，也不能高過(guò)isr，所以不能剝奪isr對(duì)cpu的占有權(quán)去運(yùn)行進(jìn)程

Solaris12

原帖由 gta 于 2007-6-27 13:29 發(fā)表于 8樓  
任何os，不管是分時(shí)os，還是實(shí)時(shí)os，不管是微內(nèi)核，還是巨內(nèi)核，在ISR中都不能進(jìn)行進(jìn)程切換。因?yàn)镮SR不屬于任何進(jìn)程，而切換只能發(fā)生在進(jìn)程上下文中。雖然ISR在執(zhí)行過(guò)程中要使用進(jìn)程的系統(tǒng)堆棧，但那只是借用， ...

呵呵，Solaris的低優(yōu)先級(jí)中斷是可以睡眠的，時(shí)鐘中斷也可以睡眠。盡管系統(tǒng)會(huì)盡量保證中斷線程不去睡眠。例如，磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)的ISR里使用DRIVEDR mutex, 實(shí)際上系統(tǒng)把它當(dāng)作自適應(yīng)鎖，當(dāng)獲取鎖失敗時(shí)，它先看其它處理器上有沒(méi)有鎖的擁有者在運(yùn)行，如果有，就SPIN,沒(méi)有就去睡眠，睡眠前，會(huì)把打斷的內(nèi)核線程恢復(fù)運(yùn)行，保存自己的上下文。

Solaris12

原帖由 zx_wing 于 2007-6-27 10:09 發(fā)表于 4樓  
呵呵，我最喜歡這種討論了。先來(lái)獻(xiàn)丑了，說(shuō)說(shuō)我的看法。
先把中斷處理流程給出來(lái)

1.進(jìn)入中斷處理程序--->2.保存關(guān)鍵上下文---->3.開(kāi)中斷（sti指令）--->4.進(jìn)入中斷處理程序的handler--->5.關(guān)中 ...

寫(xiě)得很好。贊一個(gè)。

不過(guò)中斷睡眠與否只是設(shè)計(jì)上的問(wèn)題，不同的系統(tǒng)是不一樣的設(shè)計(jì)。

看看我自己機(jī)器上注冊(cè)的ISR, IPL是10以下的都可以睡眠，里面包括了顯卡，磁盤(pán)，網(wǎng)卡的常見(jiàn)外設(shè)的中斷處理：

bash-3.00# mdb -k
Loading modules: [ unix genunix specfs dtrace uppc pcplusmp scsi_vhci ufs ip hook neti sctp arp usba uhci nca lofs zfs random audiosup sppp crypto ptm ipc ]
> ::interrupts
IRQ  Vect IPL Bus    Trg Type   CPU Share APIC/INT# ISR(s)
1    0x41 5   ISA    Edg Fixed  0   1     0x0/0x1   i8042_intr
6    0x44 5   ISA    Edg Fixed  0   1     0x0/0x6   fdc_intr
9    0x81 9   PCI    Lvl Fixed  0   1     0x0/0x9   acpi_wrapper_isr
12   0x42 5   ISA    Edg Fixed  0   1     0x0/0xc   i8042_intr
14   0x40 5   ISA    Edg Fixed  0   1     0x0/0xe   ata_intr
15   0x43 5   ISA    Edg Fixed  0   1     0x0/0xf   ata_intr
16   0x82 9   PCI    Lvl Fixed  0   1     0x0/0x10  nv_intr
21   0x20 1   PCI    Lvl Fixed  0   4     0x0/0x15  uhci_intr, uhci_intr, uhci_intr, ehci_intr
22   0x83 9   PCI    Lvl Fixed  0   1     0x0/0x16  audiovia823x_intr
23   0x60 6   PCI    Lvl Fixed  0   1     0x0/0x17  gem_gld_intr
208  0xd0 14         Edg IPI    all 1     -         kcpc_hw_overflow_intr
209  0xd1 14         Edg IPI    all 1     -         cbe_fire
224  0xe0 15         Edg IPI    all 1     -         apic_error_intr