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【深入理解Linux内核锁】|中断屏蔽

高工
2023-08-14 10:31:57     打赏
【Linux内核锁】二、中断屏蔽1、中断屏蔽思想

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

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

2.2.1 local_irq_enable
#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:

  1. 中断屏蔽的思想
  2. 中断屏蔽的好处与不足
  3. Linux内核提供的中断屏蔽接口
  4. 中断屏蔽的基本汇编实现





关键词: Linux     内核     中断     屏蔽    

工程师
2023-08-17 17:26:45     打赏
2楼

感谢分享


工程师
2023-10-20 09:23:19     打赏
3楼

中断屏蔽,感谢讲解!!


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