中断屏蔽,正如其名,屏蔽掉CPU的中断响应功能,解决并发引起的竞态问题。
在进入临界区前屏蔽中断,这么做有什么好处,以及有什么弊端?
好处在于:
- 保证在执行临界区代码时,不被中断所打断
- 同时,系统的进程调度与中断息息相关,同时也限制了系统进程的并发,解决了系统进程并发带来的竞态问题。
弊端在于:
- Linux内核中,除了系统进程调度依赖中断,还有一些异步I/O等众多操作都依赖中断,因此长时间屏蔽中断是很危险的,会对系统造成严重影响,因此也要求临界区代码要简短。
- 关闭中断能够解决进程调度、中断引发的竞态,但是这些都是单CPU内部的,对于SMP对称多处理器,仍然不可避免的会收到其他CPU的中断。因此,并不能解决SMP多CPU引发的竞态
因此,单独使用中断屏蔽通常不是一种值得推荐的避免竞态的方法
2、Linux内核中断屏蔽的实现2.1 Linux内核提供的API接口
关于中断屏蔽,Linux内核所提供的接口如下:
local_irq_enable() // 使能本CPU的中断 local_irq_disable() // 禁止本CPU的中断 local_irq_save(flags) // 禁止本CPU的中断,并保存CPU中断位的信息 local_irq_restore(flags) // 使能本CPU的中断,并恢复CPU中断位的信息 local_bh_disable(void) // 禁止本CPU底半部中断 local_bh_enable(void) // 使能本CPU底半部中断
2.2 API接口实现分析
2.2.1 local_irq_enable因为中断屏蔽与底层芯片架构有关,不同架构处理方式不同,我们以ARM为例
#define local_irq_enable() do { raw_local_irq_enable(); } while (0) #define raw_local_irq_enable() arch_local_irq_enable() #define arch_local_irq_enable arch_local_irq_enable static inline void arch_local_irq_enable(void) { asm volatile( " cpsie i @ arch_local_irq_enable" : : : "memory", "cc"); }
函数介绍:local_irq_enable函数用于将CPSR寄存器中的中断使能位设为1,从而使得CPU能够响应中断。
相关实现:
asm:声明一个内联汇编表达式
cpsie i:汇编指令,设置CPSR寄存器的I位,来允许本CPU响应中断。
memory:向汇编说明,此处内存发生了更改,类似于内存屏障的作用
cc:表示可能会修改条件码的标志
汇编代码语法:https://www.jianshu.com/p/57fef17149ae
2.2.2 arch_local_irq_disable
#define arch_local_irq_disable arch_local_irq_disable static inline void arch_local_irq_disable(void) { asm volatile( " cpsid i @ arch_local_irq_disable" : : : "memory", "cc"); }
函数介绍:arch_local_irq_disable函数用于将CPSR寄存器中的中断使能位设为0,从而禁止CPU响应中断。
相关实现:同上
- cpsid:是汇编指令,用于清除CPSR寄存器的中断标志,以禁止中断!
2.2.3 arch_local_irq_save
#define arch_local_irq_save arch_local_irq_save static inline unsigned long arch_local_irq_save(void) { unsigned long flags; asm volatile( " mrs %0, " IRQMASK_REG_NAME_R " @ arch_local_irq_save\n" " cpsid i" : "=r" (flags) : : "memory", "cc"); return flags; }
函数介绍:arch_local_irq_save函数,用于保存当前中断状态并禁用中断。
相关实现:
mrs %0 IRQMASK_REG_NAME_R:mrs指令将由IRQMASK_REG_NAME_R宏指定的IRQMASK寄存器的值移动到flags变量中。
2.2.4 arch_local_irq_restore/* * restore saved IRQ & FIQ state */ #define arch_local_irq_restore arch_local_irq_restore static inline void arch_local_irq_restore(unsigned long flags) { asm volatile( " msr " IRQMASK_REG_NAME_W ", %0 @ local_irq_restore" : : "r" (flags) : "memory", "cc"); }
函数介绍:arch_local_irq_restore函数,用于恢复当前中断状态并打开中断。
相关实现:同上
关于local_bh_disable和local_bh_enable两个接口,涉及到中断底半部机制,内容较为复杂,放在后面单独拆解!
3、总结
该篇文章,主要了解以下几点:
- 中断屏蔽的思想
- 中断屏蔽的好处与不足
- Linux内核提供的中断屏蔽接口
- 中断屏蔽的基本汇编实现