第7章 中断和中断处理
操作系统的核心任务之一-对连接上的硬件进行管理（硬盘、键盘、鼠标等）。要想管理这些硬件，就需要可以和他们进行通信。硬件的反应要远远慢于CPU，轮询会耗费大量CPU资源，显然不适合，那就是通过中断机制来实现。
7.1 中断
（1）中断本质上是一种特殊的电信号。由硬件设备发向处理器。
（2）中断随时可产生，内核随时可能被到来的中断所打断。
（3）每个中断都有唯一的数字标识，操作系统得以对中断进行区分。
（4）硬件发出的中断是为了引起内核的关注，“嗨，我有新的按键需要处理，读取并处理这些操作把”。
（5）异常：异常与中断不同，异常产生时必须与处理器时钟同步。异常也常常称为同步中断。
（6）系统调用是一种异常，来进入内核。
（7）中断是由硬件引起的，而不是软件。
7.2 中断处理程序
（1）在响应一个中断的时候，内核会执行中断处理程序，或者称为中断服务程序。
（2）产生中断的每个设备都有一个相应的中断处理程序。
（3）一个设备的中断处理程序，是它设备驱动程序的一部分。设备驱动程序是用于对设备管理的内核代码。
（4）Linux中，设备驱动程序是C函数而已，只是需要按照特定的类型声明。
（5）中断处理程序是被内核调用来响应中断的，运行于中断上下文的特殊上下文中（该上下文代码不可被阻塞）。
（6）中断随时发生，中断服务程序随时可能被执行，因此需要保证中断处理程序可以快速执行。
（7）中断服务程序需要告诉硬件，我听到你了，现在回去工作吧。即需要对硬件应答，同时可能需要进行数据拷贝等操作。如网络设备中断。
7.3 上半部与下半部对比
（1）中断处理为了执行快，而且可执行的内容多，因此被分为上半部和下半部。
（2）
- 上半部：中断处理程序，接收一个中断，它就立刻开始执行，只做有严格时限的工作，例如对接受的中断进行硬件应答或者复位硬件。
- 下半部：允许稍后完成的工作。Linux提供了实现下半部的各种机制。
（3）网卡例子
上半部：
网卡发出中断：hi内核，我有数据来了。内核执行网卡中断处理程序来做出应答。拷贝最新网络数据包到内存中，因为网卡缓存有限，不及时拷贝，数据可能丢失，拷贝后上半部分完成。
下半部：
处理和操作数据包。
7.4 注册中断处理程序
（1）中断处理程序是驱动程序的组成部分。驱动程序可以通过request_irq()函数注册一个中断处理程序。并且激活给定的中断线，以处理中断。
（2）request_irq()在<linux/interrupt.h>中
int request_irq（unsignedint irq，irq_handler_t handler,unsigned long flags，const char * name，void *dev）参数解析：
- 第一个参数irq：
要分配的中断号。
- 第二个参数handler：
是一个指针，指向处理这个中断的中断处理程序。只有操作系统一接受到中断，这个函数就会被调用。
7.4.1 中断处理程序标志
- 第三个参数flags：
可以是0，也可以是一个或多个标志的位掩码<linux/interrupt.h>。
- 第四个参数name：
与中断相关的设备的ASCII文本表示，这些名字会被/proc/irq和/proc/interrupts文件使用，以便与用户通讯。
- 第五个参数dev：
用于共享中短线，如果无需共享中断线，那么该参数设置成NULL即可。当中断处理程序需要释放的时候，dev将提供唯一的标识信息（cookie），以便从共享中断线诸多中断处理程序中删除指定的哪一个。
- 返回值：
执行成功返回：0。非零则失败。
注意：
request_irq()函数可能休眠，不能在中断上下文或其他不允许阻塞的代码中调用，由于kmalloc()可能休眠。
7.4.2 一个中断例子
7.4.3 释放中断处理程序
（1）卸载驱动的时候，需要注销相应的中断线。调用
Void free_irq(unsigned int irq , void *dev)（2）如果中断线不是共享的，该函数删除处理程序的同时，将禁用这条中断线。如果是共享的，则仅删除dev对应的处理程序，中断线只有在删除了最后一个处理程序时才被禁止。
7.5 编写中断处理程序
中断处理程序函数声明
static irqreturn_t intr_handler（int irq，void *dev）
- 参数irq：中断号
- 参数dev：通用指针，与传递给request_irq()的dev一致。可以用来区分共享同一中断处理程序的多个设备。
- 返回值irqreturn_t：实际为一个int。中断处理程序被正常调用，且确实是它所对应设备产生中断时返回IRQ_HANDLER。
7.6 中断上下文
（1）当执行一个中断处理程序时，内核处于中断上下文中。
（2）中断上下文不可以休眠,具有较为严格的时间限制。
（3）回忆：进程上下文是一种内核所处的操作模式，此时内核代表进程执行，如执行系统调用或者运行内核线程，进程上下文可以休眠，也可以调用调度程序。
（4）中断处理程序尽可能的迅速，简洁，尽可能把工作从中断处理程序中独立出来，放在下半部执行，因为下半部可以在更适合的时间执行。
7.7 中断处理机制的实现（待深入）
（1）中断处理系统在Linux中的实现非常依赖于体系结构
7.8 /proc/interrupts
（1）procfs是一个虚拟文件系统，只存在于内核内存中，一般安装与/proc目录。
（2）/proc/interrupts中存放了系统中与中断相关的统计信息。
7.9 中断控制
7.9.1 禁止和激活中断
（1）用于禁止和激活当前处理器上的本地中断。
7.9.2 禁止指定中断线
（1）仅禁止整个系统中的某一条中断线。
7.9.3 中断系统的状态
（1）获取中断系统的状态（禁止or激活），是否处于中断上下文的执行状态。
（2）中断控制方法列表
7.10 小结
中断是一种由设备使用的硬件资源异步的向处理器发信号，中断就是由硬件来打断操作系统。
