Linux内核18-中断和异常的嵌套处理

简介: Linux内核18-中断和异常的嵌套处理

讲解这部分之前,我们先阐述一个概念-内核控制路径:就是一段在内核态执行的代码,比如说,异常处理程序,中断处理程序,系统调用处理,内核线程等等在内核态执行的代码。所以,内核态程序被激活的方式有:

  1. 系统调用(异常的一种)
  2. 异常
  3. 中断
  4. 内核线程

上面的任意一种方式,都可以让CPU执行内核态的代码。比如,I/O设备引发一个中断,相应的内核态程序,首先,应该是保存内核态堆栈中的CPU寄存器的内容;然后,执行中断处理程序;最后,再恢复这些寄存器的内容。所以,在后面的描述中,我们使用内核控制路径这个术语代替一段可执行的内核态代码这种表述。使用内核控制路径的好处就是,它是从英语直译过来的,可能会更好地表达程序代码执行的顺序性,是一个过程;这样在描述中断嵌套时更有意义。

内核控制路径可以任意嵌套;如下图所示,用户态的程序被中断打断,进入内核态响应中断;而这时候又来了其它中断,就会响应最新的中断,以此类推;但是,执行完一个中断处理程序之后,会回到之前的状态执行。这样,最后又回到了用户态。

640.png


图4-3 内核控制路径的一个嵌套异常的示例

允许内核控制路径嵌套的代价就是中断处理程序不能阻塞,也就是说,中断处理程序运行时不能发生进程切换。恢复执行嵌套内核控制路径的所有数据都存储在内核态堆栈中,而该堆栈又和当前进程紧紧绑定在一起。通俗的说,中断处理程序相当于当前进程的资源,切换进程之前该中断资源必须释放掉。

假设内核没有bug,那么大部分的异常发生在用户态。实际上,要么是编程错误,要么是调试器故意触发的。而页错误异常发生在内核态,它是内核在访问物理地址时不存在引发的异常。处理这样的异常,内核挂起当前进程,切换到新进程,直到该请求页可用。因为页错误异常绝不会引发进一步的异常,所以,有关联的内核控制路径最多是2个(第一个是系统调用造成的,第二个是页错误造成的)。也就是说,页错误的异常最多嵌套2层。

和异常相反,尽管内核代表当前进程处理这些中断,但是,I/O设备引发的中断和当前进程没有直接数据引用的关系。事实上,给定一个中断,无法推断出是哪个进程在运行。所以,中断的执行不会引起进程的切换,也就可以无限嵌套处理。

中断处理程序可以打断中断或异常处理程序执行,但是反过来,异常不能打断中断处理程序。中断处理程序绝对不能包含页错误的操作,因为这会诱发进程切换。

Linux嵌套执行中断或异常处理程序的两个主要原因是:

  • 为了提高可编程中断控制器和设备控制器的吞吐量。内核正在处理一个中断的时候,能够及时响应另一个中断。
  • 实现没有中断优先级的模型。这可以简化内核代码并提高可移植性。

在多核系统中,几个中断或异常处理程序可能会并发执行。更重要的是,异常处理程序可能由于进程切换,造成在一个CPU上启动,然后迁移到另一个CPU上执行。

相关文章
|
3天前
|
算法 Linux 调度
深入理解Linux内核调度器:从基础到优化####
本文旨在通过剖析Linux操作系统的心脏——内核调度器,为读者揭开其高效管理CPU资源的神秘面纱。不同于传统的摘要概述,本文将直接以一段精简代码片段作为引子,展示一个简化版的任务调度逻辑,随后逐步深入,详细探讨Linux内核调度器的工作原理、关键数据结构、调度算法演变以及性能调优策略,旨在为开发者与系统管理员提供一份实用的技术指南。 ####
21 4
|
6天前
|
缓存 资源调度 安全
深入探索Linux操作系统的心脏——内核配置与优化####
本文作为一篇技术性深度解析文章,旨在引领读者踏上一场揭秘Linux内核配置与优化的奇妙之旅。不同于传统的摘要概述,本文将以实战为导向,直接跳入核心内容,探讨如何通过精细调整内核参数来提升系统性能、增强安全性及实现资源高效利用。从基础概念到高级技巧,逐步揭示那些隐藏在命令行背后的强大功能,为系统管理员和高级用户打开一扇通往极致性能与定制化体验的大门。 --- ###
27 9
|
5天前
|
缓存 负载均衡 Linux
深入理解Linux内核调度器
本文探讨了Linux操作系统核心组件之一——内核调度器的工作原理和设计哲学。不同于常规的技术文章,本摘要旨在提供一种全新的视角来审视Linux内核的调度机制,通过分析其对系统性能的影响以及在多核处理器环境下的表现,揭示调度器如何平衡公平性和效率。文章进一步讨论了完全公平调度器(CFS)的设计细节,包括它如何处理不同优先级的任务、如何进行负载均衡以及它是如何适应现代多核架构的挑战。此外,本文还简要概述了Linux调度器的未来发展方向,包括对实时任务支持的改进和对异构计算环境的适应性。
23 6
|
6天前
|
缓存 Linux 开发者
Linux内核中的并发控制机制:深入理解与应用####
【10月更文挑战第21天】 本文旨在为读者提供一个全面的指南,探讨Linux操作系统中用于实现多线程和进程间同步的关键技术——并发控制机制。通过剖析互斥锁、自旋锁、读写锁等核心概念及其在实际场景中的应用,本文将帮助开发者更好地理解和运用这些工具来构建高效且稳定的应用程序。 ####
23 5
|
6天前
|
算法 Unix Linux
深入理解Linux内核调度器:原理与优化
本文探讨了Linux操作系统的心脏——内核调度器(Scheduler)的工作原理,以及如何通过参数调整和代码优化来提高系统性能。不同于常规摘要仅概述内容,本摘要旨在激发读者对Linux内核调度机制深层次运作的兴趣,并简要介绍文章将覆盖的关键话题,如调度算法、实时性增强及节能策略等。
|
6天前
|
Java Linux Android开发
深入探索Android系统架构:从Linux内核到应用层
本文将带领读者深入了解Android操作系统的复杂架构,从其基于Linux的内核到丰富多彩的应用层。我们将探讨Android的各个关键组件,包括硬件抽象层(HAL)、运行时环境、以及核心库等,揭示它们如何协同工作以支持广泛的设备和应用。通过本文,您将对Android系统的工作原理有一个全面的认识,理解其如何平衡开放性与安全性,以及如何在多样化的设备上提供一致的用户体验。
|
6天前
|
缓存 运维 网络协议
深入Linux内核架构:操作系统的核心奥秘
深入Linux内核架构:操作系统的核心奥秘
22 2
|
6月前
|
存储 负载均衡 网络协议
X86 linux异常处理与Ipipe接管中断/异常
本文讲述了X86平台上Xenomai的ipipe如何接管中断处理。首先回顾了X86中断处理机制,包括IDT(中断描述符表)的工作原理和中断处理流程。接着详细介绍了Linux中中断门的初始化,包括门描述符的结构、中断门的定义和填充,以及IDT的加载。在异常处理部分,文章讲解了早期异常处理和start_kernel阶段的异常向量初始化。最后,讨论了APIC和SMP中断在IDT中的填充,以及剩余中断的统一处理。文章指出,ipipe通过在中断入口处插入`__ipipe_handle_irq()`函数,实现了对中断的拦截和优先处理,确保了实时性。
141 0
X86 linux异常处理与Ipipe接管中断/异常
|
存储 负载均衡 算法
Linux内核17-硬件如何处理中断和异常
Linux内核17-硬件如何处理中断和异常