深入了解 Linux 中断栈的使用方法与原理（linux中断栈）

Linux 中断栈是 Linux 内核中重要的一个组件，它用于处理系统中断，以及处理 CPU 栈溢出时切换到特定上下文与后续行为。特别是，它可以帮助 Linux 内核调用中断处理程序。因此，它对 Linux 系统的性能和稳定性至关重要。本文将全面详细介绍 Linux 中断栈的使用方法与原理。

一. 使用方法

1. 设置中断栈

Linux 中断栈可以通过设置堆栈指针寄存器 sp 和链接器标签来实现设置。具体来讲，在 setup.c 中的当前 CPU 内核段偏移量处定义标签：interrupt_stack；然后调用 setup_stack_pointer() 函数，用这个标签设置 sp 寄存器的值，从而完成堆栈指针的设置。

通过以下代码，可以清楚地看到这一过程：

/*设置 sp 寄存器的值以设置中断栈*/

static void setup_stack_pointer(int cpu, unsigned long stack)

{

unsigned long tss_stack = stack + interrupt_stack_size;

/*设置 TS 栈指针*/

wrmsrl(MSR_IA32_SYSENTER_ESP, tss_stack);

/*设置系统堆栈*/

x86_cpu_tss[cpu].sp1 = (unsigned long)tss_stack;

/*设置中断栈*/

x86_cpu_tss[cpu].sp0 = (unsigned long)stack;

}

2. 使用中断栈

当 CPU 中断发生时，内核就会使用预定义的中断栈来处理。具体来说，当 CPU 中断发生时，首先使用 x86_cpu_tss[cpu].sp0 寄存器的值来获取内核的堆栈指针，然后跳转到中断处理程序函数地址来处理中断，该过程如代码所示：

/*使用中断栈处理 CPU 中断*/

static void do_irq(unsigned long rflags, unsigned int irq,

struct pt_regs *regs)

{

/*获取内核堆栈指针*/

unsigned long *sp = (unsigned long *)(x86_cpu_tss[smp_processor_id()].sp0);

/*处理中断*/

__asm__ __volatile__(

“movl %0, %%esp\n\t”

“call do_IRQ\n\t”

“movl %%esp, %0”

:”=r”(sp)

:”r”(sp)

);

}

三. 原理

1. 原理概述

Linux 中断栈的原理主要基于 x86 处理器的段机制和堆栈机制。在 x86 架构中，段是一段连续的虚拟地址空间，数据可以被存储在段寄存器中，该段寄存器中的数据只有在该段激活之后才会被处理器访问。在 Linux 中，用一个段寄存器（即 tss 寄存器）来存储 CPU 上一次运行的状态，该段寄存器中存储了 CPU 栈指针，该栈指针指向一个特殊的栈，即中断栈，此时 CPU 硬件就可以切换到 CPU 中断处理程序中。

2. 标准堆栈

Linux 中断栈和标准 CPU 栈类似（如计算机原理中所讨论那样），也是一种栈数据结构，只不过是一个特殊的栈，它用于处理 CPU 栈溢出时的切换操作。它和标准的 CPU 栈有以下几点不同：

（1） 它的地址是独立的，它的堆栈指针由 tss 寄存器保存。

（2） 它的地址在每个 CPU 中都是独立的，不同 CPU 的中断栈是不相同的，地址范围也是相互独立的。

（3） 它在处理对应 CPU 的中断时会被操作系统调用，从而获取调用中断处理程序的参数，完成中断处理程序的调用。

综上所述，Linux 中断栈主要靠设置堆栈指针寄存器 sp 和链接器标签来实现，用来处理 CPU 栈溢出时的切