Linux kernel 为什么我们需要中断上下文？

我有疑问，为什么我们需要中断上下文？一切都告诉我们什么是属性，但没有人解释我们为什么提出这个概念

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与同一概念相关的另一个疑问是，如果我们不在中断处理程序中禁用中断，那么在中断上下文中运行此中断处理程序代码有什么用？

中断上下文与进程上下文有根本不同：

它与过程无关；特定进程不提供中断服务，内核提供。即使进程将被中断，它对中断本身或为其服务的例程的任何参数都没有意义。因此，中断上下文至少在概念上必须不同于进程上下文

另外，如果一个中断在一个进程上下文中被服务，并且（重新）在以后的时间安排一些工作，那么它将在什么上下文中运行？最初的过程可能在以后的时间甚至不存在。因此，出于实际原因，我们需要一些独立于过程的上下文

中断处理必须快速；您的中断处理程序已中断（d'oh）其他一些代码。重要的工作应该被推到中断处理程序之外的“下半部分”。无论是在用户空间还是在内核空间，阻止进程进行与其无关的工作都是不可接受的

禁用中断是指在注册ISR时，您可以（实际上是在2.6.36之前）请求禁用中断。回想一下，处理程序可以同时在多个CPU上提供中断服务，因此可以与自身竞争。无法禁用不可屏蔽中断（NMI）

为什么我们需要中断上下文

首先，我们所说的中断上下文是什么意思？上下文通常是一种状态。国家有两个不同的概念

CPU上下文 每个CPU架构都有一个处理中断的机制。每个系统中断都可能有一个单独的中断向量，或者CPU/硬件可能能够根据中断源将CPU分配到特定地址。还有屏蔽/取消屏蔽中断的机制。每个中断可能单独屏蔽，或者整个CPU可能有一个全局屏蔽。最后，还有一个实际的CPU状态。有些可能有单独的堆栈、寄存器集和CPU模式，这意味着一些内存和其他特权。您的问题是关于Linux的，它必须处理所有情况

Linux上下文 通常，所有架构都有一个单独的内核堆栈、进程上下文（ala

ps

）和每个进程的VM（虚拟内存）上下文。VM对用户和内核模式具有不同的权限。为了使内核始终运行，它必须为设备上的所有进程保持映射。内核线程是一种特殊情况，它不太关心VM，因为它具有特权，可以访问所有内核内存。但是，它有一个单独的堆栈和进程上下文。发生异常时，用户寄存器通常存储在内核堆栈上。例外情况至少包括页面错误、系统调用和中断。这些项目可能会嵌套。也就是说，您可以从用户空间调用

write（）

，当内核传输用户缓冲区时，读取一些交换的用户空间数据可能会出现页面错误。页面错误可能再次需要为中断提供服务

中断递归 Linux general希望您将中断屏蔽为VM，执行和进程管理（上下文和上下文切换）必须协同工作。为了使VM保持简单，内核堆栈和进程上下文通常根于单个4k（或8k）区域，该区域是单个VM页面。始终映射此页面。通常，在为中断提供服务时，所有CPU都将从中断模式切换到系统模式，并使用与所有其他异常相同的内核堆栈。堆栈很小，因此允许递归（以及较大的堆栈分配）可能会炸毁堆栈，从而导致内核级别的堆栈溢出。这很糟糕

原子性 许多内核结构需要在多个总线周期内保持一致；也就是说，添加元素时，链表必须同时更新

prev

和

next

节点链接。这样做的典型机制可能是屏蔽中断，以确保代码是原子的。某些CPU可能允许总线锁定，但这不是通用的。上下文切换代码也必须是原子的。中断的结果通常是重新调度。也就是说，内核中断处理程序可能已确认磁盘控制器并开始写入操作。然后内核线程可以计划从原始用户空间写入更多缓冲数据

write（）

任何时候发生的中断都可能打破某些子系统对原子行为的假设。禁止他们使用子系统，而不是允许中断使用子系统

总结 Linux必须处理三件事。当前进程执行上下文、当前虚拟内存布局和硬件请求。他们都需要共同努力。由于中断可能随时发生，因此它们发生在任何流程上下文中。在中断中使用

sleep（）。允许在中断中分配大堆栈可能会破坏有限的堆栈。这些设计选择限制了Linux中断处理程序中可能发生的情况。各种配置选项可以允许重入中断，但这通常是特定于CPU的

保持上半部分（现在的主中断处理程序）较小的好处是减少了中断延迟。繁忙的工作应该在内核线程中完成。一种中断服务程序