Linux内核如何实现中断复制 (linux 内核 中断 复制)

中断是处理器执行指令时，由硬件发出的请求，用于响应外部事件。在操作系统中，中断常常被用来响应I/O设备的请求。然而，由于中断处理涉及到对系统硬件的访问，因此需要协调好中断请求与操作系统的处理过程，以保证系统的正确性和稳定性。在Linux内核中，中断往往由CPU的硬件设备直接送到内存中的叫做中断向量的中断跳转表内，而中断复制则是通过在内核代码中复制中断向量开启多核处理器以提高系统的性能。

本文将重点介绍，包括中断源与中断解析器的处理过程、中断工作线程的分配和调度、以及基于VIRQ的虚拟中断处理技术等。

中断源与中断解析器的处理过程

Linux内核中处理中断的过程从硬件中获取中断信息开始，一直到处理完毕回归用户空间为止。当硬件设备发生I/O操作时，会向处理器产生中断请求信号，处理器会将当前执行的指令暂停，转而保存当前处理器的状态，并跳转到中断向量表中存放的中断处理程序去处理中断请求。

中断向量表（中断跳转表）是由内核在系统的启动过程中建立的一个数组，存储着中断号对应的中断处理程序的入口地址。当CPU收到中断请求时，通过硬件寻址方式自动执行跳转，进行中断处理。在处理完中断请求后，CPU会自动返回到原来的代码位置，继续执行正在处理的任务。

中断源、中断控制器和中断解析器是协同完成中断处理的硬件和软件部件，其关系如下图所示。


其中，中断源对应着一个硬件设备，它会向中断控制器发送请求信号。当中断控制器收到请求信号后，会将信号发给中断解析器，中断解析器引导CPU转向中断处理程序的入口函数，开始处理中断请求。在多核CPU架构中，多个CPU之间还需要进行中断协调，以避免出现竞争冲突或不一致的情况。

中断工作线程的分配和调度

在Linux内核中，中断处理工作是由内核线程来完成的，这些线程被称为中断工作线程。每当硬件设备产生中断请求时，内核就会为该中断创建一个中断工作对象（IRQ Descriptor），并提交给相应的中断控制器进行处理。

每个中断工作对象结构中包含着一个队列（wt _queue_head）和一个指向中断源的指针，用于等待中断信号。当中断请求到来时，中断工作线程会被唤醒，将中断请求处理委托给内核中的中断处理程序isr()。这个函数会负责处理中断请求，并将控制权返回到中断工作线程中。

中断工作线程的分配和调度主要依赖于内核中的工作队列（Work Queue），由工作队列负责管理中断工作线程的创建、调度和销毁等。在Linux内核中，每个处理器都分配了一个CPU运行队列（CPU Run Queue），并且每个CPU运行队列中都包含着一个关联着该CPU的工作队列（Per-CPU work queue）。每当内核中有一个中断的工作需要处理时，工作队列就会将该工作添加到排队队列中，并负责将其分配给相应的中断工作线程。

基于VIRQ的虚拟中断处理技术

在多核处理器架构下，中断处理往往会带来复杂的中断竞争和调度问题，限制着系统的性能和可扩展性。与此同时，传统的实现方式往往也很难实现纵向扩展，因此需要一种新的中断处理技术来解决这些问题。基于VIRQ的虚拟中断处理技术就是一个很好的例子。

基于VIRQ的虚拟中断处理技术，可以将中断处理从硬件设备中抽象出来，形成一个独立的虚拟中断处理机制。它采用了一种基于事件通知的中断处理方式，在内核中建立了一个虚拟中断向量映射表（VIRQ map table），将中断向量与VIRQ号相对应，并为每个VIRQ分配一个独立的中断工作对象。

当硬件设备向Linux内核发送中断请求时，会向相应的中断控制器发送信号。中断控制器收到信号后，会产生VIRQ号并将其存储到中断控制器的VIRQ队列中。在VIRQ队列中，每个VIRQ号对应着一个中断工作对象，并由相应的中断工作线程处理。

基于VIRQ的虚拟中断处理技术可以极大地提高系统的性能和可扩展性，使得多核处理器的处理能力得到更充分的利用。同时，它还可以简化中断管理和调度的过程，提高系统的可靠性和稳定性。

本文介绍了的过程，包括中断源与中断解析器的处理过程、中断工作线程的分配和调度、以及基于VIRQ的虚拟中断处理技术等。中断作为操作系统中很重要的一环，涉及到对系统硬件的访问和协调，因此需要精细的设计和处理。而本文所介绍的中断处理技术则可以有效地解决多核处理器架构下的中断竞争和调度问题，提高系统的性能和可扩展性。