中断和中断处理程序
1.中断
中断本质上是一种特殊的电信号，由硬件设备发向处理器。处理器接收到中断后，会马上向操作系统反映此信号的到来，然后由OS负责处理这些新到来的数据。硬件设备生成中断的时候并不考虑与处理器的时钟同步，内核随时可能因为新到来的中断而被打断。不同的设备对应的中断不同，都通过一个唯一的数字标识，称之为中断请求（IRQ）线。
在操作系统中，讨论中断就不得不提及异常。异常与中断不同，它在产生时必须考虑与处理器时钟同步。实际上，异常也常常称为同步中断。在处理器执行到由于编程失误而导致的错误指令的时候，或者是在执行期间出现特殊情况，必须靠内核来处理的时候，处理器就会产生一个异常。因为许多处理器体系结构处理异常与处理中断的方式类似，因此，内核对它们的处理也很类似。
2.中断处理程序
在响应一个特定中断的时候，内核会执行一个函数，该函数叫做中断处理程序（interrupt handler）或中断服务例程（interrupt service routine，ISR）。中断处理程序通常不是和特定设备关联，而是和特定中断关联，也就是说，如果一个设备可以产生多种不同的中断，那么该设备就可以对应多个中断处理程序，相应的，该设备的驱动程序也就需要准备多个这样的函数。
中断处理程序与其他内核函数的真正区别在于：中断处理程序是被内核调用来响应中断的，而它们运行于称之为中断上下文的特殊上下文中。
中断处理程序一方面需要迅速和尽可能短的时间内完成中断处理，另一方面，处理程序内的工作量也不小。所以把中断处理切为两个部分。中断处理程序是上半部（top half）——接收到一个中断，它就立即开始执行，但只做有严格时限的工作，例如对接收的中断进行应答或复位硬件，这些工作都是在所有中断被禁止的情况下完成的，能够被允许稍后完成的工作推迟到下半部（bottom half）。
3.共享的中断处理程序
共享与非共享的处理程序差异有以下三处：
1）request_irq()的参数flags必须设置SA_SHIRQ标志，但只有在中断栈当前未被注册，或者在该栈上的所有已注册处理程序都指定了SA_SHIRQ的情况下才会成功。
2）对每个注册的中断处理程序来说，dev_id参数必须唯一。
3）需要硬件的支持。
内核接收一个中断后，会依次调用在该中断线上注册的每一个处理程序。因此，一个处理程序必须知道它是否应该为这个中断负责。如果与它相关的设备并没有产生中断，那么处理程序应该立即退出。
4.中断上下文
当执行一个中断处理程序或下半部时，内核处于中断上下文（interrupt context）中，中断上下文具有较为严格的时间限制，因为它打断了其他代码（甚至打断了其他中断线上的另一个中断处理程序），它应迅速简洁，尽量不要使用循环去处理繁重的工作。另一方面，中断处理程序拥有自己的栈，每个处理器一个，大小为一页（32位为4KB，64位为8KB），称之为中断栈。中断处理程序的编写要注意这两个方面。
5.中断控制
Linux内核提供了一组接口用于操作机器上的中断状态。这些接口为我们提供了能够禁止当前处理顺的中断系统，或屏蔽掉整个机器的一条中断线的能力。一般来说，控制中断系统的原因归根结底是需要提供同步。通过禁止中断，可以确保某个中断处理程序不会抢占当前的代码。然而，不管是禁止中断还是禁止内核抢占，都没有提供任何保护机制来防止来自其他处理器的并发访问。Linux支持多处理器，因此，内核代码一般都需要获取某种锁，防止来自其他处理器对共享数据的并发访问。获取这些锁的同时也伴随禁止本地中断。
用于禁止或激活当前处理器上的本地中断的语句为：
local_irq_disable() 和 local_irq_enable()
直接使用这两个语句禁止或激活中断都存在潜在危险，因为它们将无条件地禁止或激活中断，而不管中断在开始时的状态。因此，在禁止中断之前保存中断系统的状态会更加安全一些。相反，在准备激活中断时，只要把中断恢复到它们原来的状态。
在某些情况下，只禁止整个系统中一条特定的中断线就够了，Linux提供了四个接口：
void disable_irq(unsigned int irq);
void disable_irq_nosync(unsigned int irq);
void enable_irq(unsigned int irq);
void synchronize_irq(unsigned int irq);
前两个函数禁止中断控制器上指定的中断线，即禁止给定中断向系统中所有处理器的传递。另外，函数只有在当前正在执行的所有处理程序完成后，disable_irq()才能返回。函数disable_irq_nosync()不会等待当前中断处理程序执行完毕。
函数synchronize_irq()等待一个特定的中断处理程序的退出。如果该处理程序正在执行，那么该函数必须退出后才能返回。
这些函数调用可以嵌套，但要记住在一条指定的中断线上，对disable_irq()或disable_irq_nosync()的每次调用，都需要相应地调用一次enable_irq()。只有在对enable_irq()完成最后一次调用后，才真正激活了中断线。
Linux提供两个宏，用来了解中断系统的状态：
in_interrupt() 和 in_irq()
in_interrupt():如果内核处于中断上下文中，它返回非0，说明内核此刻正在执行中断处理程序，或者正在执行下半部处理程序。in_irq()只有在内核确实正在执行中断处理程序时才返回非0。