【深入理解Linux內(nèi)核鎖】|中斷屏蔽

【Linux內(nèi)核鎖】二、中斷屏蔽

1、中斷屏蔽思想

中斷屏蔽，正如其名，屏蔽掉CPU的中斷響應(yīng)功能，解決并發(fā)引起的競(jìng)態(tài)問(wèn)題。

在進(jìn)入臨界區(qū)前屏蔽中斷，這么做有什么好處，以及有什么弊端？

好處在于：

• 保證在執(zhí)行臨界區(qū)代碼時(shí)，不被中斷所打斷
• 同時(shí)，系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度與中斷息息相關(guān)，同時(shí)也限制了系統(tǒng)進(jìn)程的并發(fā)，解決了系統(tǒng)進(jìn)程并發(fā)帶來(lái)的競(jìng)態(tài)問(wèn)題。

弊端在于：

• Linux內(nèi)核中，除了系統(tǒng)進(jìn)程調(diào)度依賴中斷，還有一些異步I/O等眾多操作都依賴中斷，因此長(zhǎng)時(shí)間屏蔽中斷是很危險(xiǎn)的，會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響，因此也要求臨界區(qū)代碼要簡(jiǎn)短。
• 關(guān)閉中斷能夠解決進(jìn)程調(diào)度、中斷引發(fā)的競(jìng)態(tài)，但是這些都是單CPU內(nèi)部的，對(duì)于SMP對(duì)稱多處理器，仍然不可避免的會(huì)收到其他CPU的中斷。因此，并不能解決SMP多CPU引發(fā)的競(jìng)態(tài)

因此，單獨(dú)使用中斷屏蔽通常不是一種值得推薦的避免競(jìng)態(tài)的方法

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2、Linux內(nèi)核中斷屏蔽的實(shí)現(xiàn)

2.1 Linux內(nèi)核提供的API接口

關(guān)于中斷屏蔽，Linux內(nèi)核所提供的接口如下：

local_irq_enable()????//?使能本CPU的中斷
local_irq_disable()????//?禁止本CPU的中斷
local_irq_save(flags)???//?禁止本CPU的中斷，并保存CPU中斷位的信息
local_irq_restore(flags)??//?使能本CPU的中斷，并恢復(fù)CPU中斷位的信息
local_bh_disable(void)???//?禁止本CPU底半部中斷
local_bh_enable(void)??????//?使能本CPU底半部中斷

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2.2 API接口實(shí)現(xiàn)分析

因?yàn)橹袛嗥帘闻c底層芯片架構(gòu)有關(guān)，不同架構(gòu)處理方式不同，我們以ARM為例

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");
}

函數(shù)介紹：local_irq_enable函數(shù)用于將CPSR寄存器中的中斷使能位設(shè)為1，從而使得CPU能夠響應(yīng)中斷。

相關(guān)實(shí)現(xiàn)：

asm：聲明一個(gè)內(nèi)聯(lián)匯編表達(dá)式

cpsie i：匯編指令，設(shè)置CPSR寄存器的I位，來(lái)允許本CPU響應(yīng)中斷。

memory：向匯編說(shuō)明，此處內(nèi)存發(fā)生了更改，類似于內(nèi)存屏障的作用

cc：表示可能會(huì)修改條件碼的標(biāo)志

匯編代碼語(yǔ)法：https://www.jianshu.com/p/57fef17149ae

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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");
}

函數(shù)介紹：arch_local_irq_disable函數(shù)用于將CPSR寄存器中的中斷使能位設(shè)為0，從而禁止CPU響應(yīng)中斷。

相關(guān)實(shí)現(xiàn)：同上

• cpsid：是匯編指令，用于清除CPSR寄存器的中斷標(biāo)志，以禁止中斷！

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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;
}

函數(shù)介紹：arch_local_irq_save函數(shù)，用于保存當(dāng)前中斷狀態(tài)并禁用中斷。

相關(guān)實(shí)現(xiàn)：

mrs %0 IRQMASK_REG_NAME_R：mrs指令將由IRQMASK_REG_NAME_R宏指定的IRQMASK寄存器的值移動(dòng)到flags變量中。?

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");
}

函數(shù)介紹：arch_local_irq_restore函數(shù)，用于恢復(fù)當(dāng)前中斷狀態(tài)并打開(kāi)中斷。

相關(guān)實(shí)現(xiàn)：同上

關(guān)于local_bh_disable和local_bh_enable兩個(gè)接口，涉及到中斷底半部機(jī)制，內(nèi)容較為復(fù)雜，放在后面單獨(dú)拆解！

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3、總結(jié)

該篇文章，主要了解以下幾點(diǎn)：

1. 中斷屏蔽的思想
2. 中斷屏蔽的好處與不足
3. Linux內(nèi)核提供的中斷屏蔽接口
4. 中斷屏蔽的基本匯編實(shí)現(xiàn)

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