至此，我们已经理解了X86架构如何在硬件层面如何处理中断和异常，那么接下来，我们看看Linux内核管理这些中断和异常。
该文介绍了中断和异常的基本概念、分类，以及Linux 中中断和异常的处理方式，包括硬件中断、软件中断和异常的分类和处理。
中断控制是计算机发展中一种重要的技术，最初它是为克服对 I/O 接口控制采用程序查询所带来的处理器低效率而产生的。
先说明两个概念：中断和系统调用 一 系统调用： 是应用程序（运行库也是应用程序的一部分）与操作系统内核之间的接口，它决定了应用程序是如何和内核打交道的。 1， Linux系统调用：2.6.19版内核提供了319个系统调用。比如 exit fork read open close …… 2， 对Windows来说，操作系统提供给应用程序的接口不是系统调用，而是API。比如：ReadFile。我们暂时把API和系统调用等同起来 3， Linux中，每个系统调用对应一个系统调用号，内核维护了一个系统调
中断是现代 CPU 工作方式中重要的部分。例如：当你每次在键盘上按下一个按键后，CPU 会被中断以使得 PC 读取用户键盘的输入。这个过程发生得相当快，以致于在使用体验上你不会感到任何变化或损害。
电脑启动后，CPU逻辑电路被设计为只能运行内存中的程序，没有能力直接运行存在于软盘或硬盘中的操作系统，如果想要运行，必须要加载到内存（RAM）中。
操作系统的启动是个很令人好奇的话题，从按下计算机电源的那一刻，计算机从裸机开始呈现一个丰富的系统界面，这个从只有硬件逻辑到软件逻辑的过程是如何完成的？这里我们将从硬盘分区，三方协议，grub引导启动程序进行讲述，首先介绍硬盘MBR分区形式，然后介绍CPU，BIOS，系统的三方协议，讲述从CPU的硬件逻辑最终运行内核的软件逻辑的过程，最后介绍一下引导启动程序的发展，在grub这些引导启动程序中如何继续遵守三方协议。
如前所述，我们知道异常的处理还是比较简单的，就是给相关的进程发送信号，而且不存在进程调度的问题，所以内核很快就处理完了异常。
既然叫中断, 那我们首先就会想到这个中断是中断谁？想一想计算机最核心的部分是什么？没错， CPU， 计算机上绝大部分的计算都在CPU中完成，因此这个中断也就是中断CPU当前的运行，让CPU转而先处理这个引起中断的事件，通常来说这个中断的事件比较紧急，处理完毕后再继续执行之前被中断的task。比如，我们敲击键盘，CPU就必须立即响应这个操作，不然我们打字就全变成了慢动作～。说白了中断其实就是一种主动通知机制，如果中断源不主动通知，那想知道其发生了什么事情，只能一次次地轮询了，白白耗费CPU。
（1）中断有两种，一种是由CPU外部硬件产生的，另一种是由CPU本身执行程序的过程中产生的；外部中断即我们所说的中断（interrupt），外部中断是异步的，由硬件产生，我们无法预测它什么时候发生； （2）x86软件产生的中断是由“INT n”同步产生的，由程序产生，只要CPU执行了一条INT指令，就知道在开始执行下一条指令前就会进入中断服务程序，我们又称此类中断为“陷阱”；int 80为系统调用的陷阱号； （3）异常，是被动的，如页面异常，除数为0的异常； 因此系统调用是中断中的陷阱的一种，系统调用只发生在用户空间，必然会发生用户栈和内核栈的切换。
原文链接：https://blog.csdn.net/dog250/article/details/46666029
Linux内核从3.x开始引入设备树的概念，用于实现驱动代码与设备信息相分离。在设备树出现以前，所有关于设备的具体信息都要写在驱动里，一旦外围设备变化，驱动代码就要重写。引入了设备树之后，驱动代码只负责处理驱动的逻辑，而关于设备的具体信息存放到设备树文件中，这样，如果只是硬件接口信息的变化而没有驱动逻辑的变化，驱动开发者只需要修改设备树文件信息，不需要改写驱动代码。比如在ARM Linux内，一个.dts(device tree source)文件对应一个ARM的machine，一般放置在内核的"arch/arm/boot/dts/"目录内，比如exynos4412参考板的板级设备树文件就是"arch/arm/boot/dts/exynos4412-origen.dts"。这个文件可以通过$make dtbs命令编译成二进制的.dtb文件供内核驱动使用。
作者简介： 王建峰，对于技术方向（主要是嵌入式领域的OS方向的系统应用）感兴趣，最近在学习操作系统基础。同时也是某芯原厂的驱动工程师，主要是gpu领域的驱动软件。https://gitee.com/hinzer/blog 1 概念介绍 1.1 什么是操作系统？ 1.2 如何理解中断机制？ 1.3 如何理解系统定时？ 1.4 如何理解进程控制？ 1.5 如何理解内存管理？ 1.6 如何理解堆栈概念？ 1.7 内核在源码中的体现？ 1.8 如何理解系统调用？ 1.9 如何理解特权级？ 2 流程分析 2.1 引导
进程就是一个程序运行起来的状态，线程是一个进程中的不同的执行路径。 进程是OS分配资源的基本单位，线程是执行调度的基本单位。分配资源最重要的是：独立的内存空间，线程调度执行（线程共享进程的内存空间，没有自己独立的内存空间）
虽然计算机相关专业，操作系统和计算机组成原理是必修课。但是大学时和真正从事相关专业工作之后，对于知识的认知自然会发生变化。还很有可能，一辈子呆在学校的老师们只是照本宣科，自己的理解也不深。所以今天我站在真正排查解决问题时的需要层面，用白话说一说linux操作系统的那些知识。
对于任何Linux进程，它们的起点是创建它们的时刻。例如，父进程可以使用fork()系统调用启动子进程。一旦启动，进程将进入运行或可运行状态。在进程运行时，它可能会进入代码路径，要求它在继续之前等待特定的资源或信号。在等待资源的同时，这个过程将自愿放弃CPU周期，进入两种睡眠状态之一。
大家都知道，ARM有IRQ, FIQ, USR,SVC,ABORT等各种模式。当系统收到IRQ的时候，会进入ARM的IRQ模式。那么，ARM Linux各种驱动的中断服务程序工作在ARM的IRQ模式吗？
Linux内核从3.x开始引入设备树的概念，用于实现驱动代码与设备信息相分离。在设备树出现以前，所有关于设备的具体信息都要写在驱动里，一旦外围设备变化，驱动代码就要重写。
start_kernel是内核启动阶段的入口，通过单步调试，可以发现它是linux内核执行的第一个init，我们单步进入看看它做了哪些操作：
中断，英文名为Interrupt，计算机的世界里处处都有中断，任何工作都离不开中断，可以说整个计算机系统就是由中断来驱动的。那么什么是中断？简单来说就是CPU停下当前的工作任务，去处理其他事情，处理完后回来继续执行刚才的任务，这一过程便是中断。
系统调用是计算机程序在执行的过程中向操作系统内核申请服务的方法，这可能包含硬件相关的服务、新进程的创建和执行以及进程调度，对操作系统稍微有一些了解的人都知道 — 系统调用为用户程序提供了操作系统的接口[^1]。
在支持可抢占的系统中，一个进程的therad_info信息定义如上。其中preempt_count代表的是该进程是否可以被抢占，根据注释的说明当peermpt_count等于0的时候当前进程就可以被抢占，当小于0存在bug，当不等于0也就是大于0说明当前进程不可以被抢占。不可抢占的原因很多，比如当前进程在中断上下文中或者使用了锁（spin_lock的过程中会disable掉抢占的）。至于当前是什么原因不能被抢占，就需要看peermpt_count每个字段的含义。
Linux操作系统概述 Q1.什么是GNU？Linux与GNU有什么关系？ A： 1)GNU是GNU is Not Unix的递归缩写，是自由软件基金会(Free Software Foundation，FSF)的一个项目，该项目已经开发了许多高质量的编程工具，包括emacs编辑器、著名的GNU C和C++编译器(gcc和g++)； 2)Linux的开发使用了许多GNU工具，Linux系统上用于实现POSIX.2标准的工具几乎都是由GNU项目开发的；Linux内核、GNU工具以及其它一些自由软件组成
在上一篇文章中，我们已经了解了中断和异常的一些概念，对于中断和异常也有了大概的理解。那么，系统中硬件到底是如何处理中断和异常的呢？本文我们就以常见的X86架构为例，看看中断和异常的硬件工作原理。
2016.3.15，参加了CVTE的技术面，很不幸，我和我的两位小伙伴均跪在了一面。先将当日的面试内容汇总如下，供后来者参考。我们三人各自也都总结了失败的原因，大致如下：
1. rx-checksumming：校验接收报文的checksum。
OS的正常工作依赖于存储程序原理、堆栈、中断三个部分。 linux内核从一个初始化上下文环境的函数开始执行，即start_kernel函数，创建多个进程或者fork（创建一个与原来进程几乎完全相同的进程）若干进程，我们为每个进程维护一个进程描述和以及进程间的关系PCB。 当中断发生的时候，如mykernel中就是时钟中断发生之后，接下来OS就会为各进程进行调度，利用Swich_to函数在调度队列中选取出一个适合的进程（系统会根据中断向量号来调用相应的中断异常程序）。由CPU和内核堆栈保存当前进程的各寄存器信息(CPU要做两件工作，一是将当前的eip和esp压入到当前进程的内核栈，二是将esp指向当前进程的内核栈，并将eip指向中断处理入口，进入到内核态。)，将eip指向要调度的进程执行的代码区，开始执行。
内核空间——存放的是整个内核代码和所有内核模块，以及内核所维护的数据。 用户空间——用户程序的代码和数据。
系统调用是应用程序(包含运行库)与操作系统内核的接口，它决定了应用程序如何与内核打交道。在现在的操作系统系统里，程序运行的时候，本身是没有权利访问系统的资源，由于系统有限的资源有可能被不同的应用程序同时访问，因此，如果不加以保护，各个应用程序的冲突在所难免。所以现代操作系统都尽可能的把冲突的资源保护起来，阻止程序直接访问。这些资源，包括文件、网络、IO、各种设备等。
转载请标明原址：linux驱动最新面试题（面试题整理，含答案）_不忘初心-CSDN博客_linux驱动面试题
键盘，咱们做计算机这一行的自然不必多说，天天与它打交道。但熟归熟，清楚键盘背后的原理吗？键盘上都标有各键的名称，表明了各键所代表的意义，但是计算机是如何知道的？组合键是怎样实现的？按下一个代表字符的键，怎么变成平常使用的ASCII码的？
黑客通过应用程序的漏洞（如Java、PHP、Apache、IE、Chrome、Adobe、office等）获得执行代码能力后，由于操作系统安全方面的设定，很多情况下都是在沙盒或者低权限进程中运行，许多操作都无法进行。要想做更多高权限的事情，黑客通常会使用工具来提权。
夜幕降临，喧嚣褪去，繁忙的Linux帝国渐渐平静了下来，谁也没有想到，一场危机正在悄然而至......
如上图所示，smmu 的作用和mmu 类似，mmu作用是替cpu翻译页表将进程的虚拟地址转换成cpu可以识别的物理地址。同理，smmu的作用就是替设备将dma请求的地址，翻译成设备真正能用的物理地址，但是当smmu bypass的时候，设备也可以直接使用物理地址来进行dma；
用户空间(User Space) ：用户空间又包括用户的应用程序(User Applications)、C 库(C Library) 。
在Linux 内核笔记之高层中断处理一文中，介绍了ARM gic中断控制器对于硬中断的处理过程。gic的中断处理程序是从ack一个硬件中断开始的， 在gic的中断处理过程中，会根据中断的映射去寻找对应的虚拟中断号, 再去进行后续的中断处理。gic_handle_irq->handle_domain_irq
Workqueue 工作队列是利用内核线程来异步执行工作任务的通用机制，利用进程上下文来执行中断处理中耗时的任务，因此它允许睡眠。而 Softirq 和 Tasklet 在处理任务时不能睡眠。Softirq 是内核中常见的一种下半部机制，适合系统对性能和实时响应要求很高的场合，比如网络子系统，块设备，高精度定时器，RCU 等。
我们可以把内核想象成一个服务器，专门响应各种请求。这些请求可以是CPU上正在运行的进程发起的请求，也可以是外部的设备发起的中断请求。所以说，内核并不是串行运行，而是交错执行。既然是交错执行，就会产生竞态条件，我们可以采用同步技术消除这种竞态条件。
注：本分类下文章大多整理自《深入分析linux内核源代码》一书，另有参考其他一些资料如《linux内核完全剖析》、《linux c 编程一站式学习》等，只是为了更好地理清系统编程和网络编程中的一些概念性问题，并没有深入地阅读分析源码，我也是草草翻过这本书，请有兴趣的朋友自己参考相关资料。此书出版较早，分析的版本为2.4.16，故出现的一些概念可能跟最新版本内核不同。
系统调用是内核和应用程序间的接口，应用程序要访问硬件设备和其他操作系统资源，必须通过系统调用来完成。
本系列是对 陈莉君 老师 Linux 内核分析与应用[1] 的学习与记录。讲的非常之好，推荐观看
在Linux操作系统中，一段C程序从被写下到最终被CPU执行，要经过一段漫长而又复杂的过程。下图展示了这个过程
我们拆解完了 Linux 网络包的接收过程，也搞定了网络包的发送过程。内核收发网络包整体流程就算是摸清楚了。
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芯片复位后，将在异常向量表中复位向量的位置开始执行。复位操作的代码必须做以下事情:
在之前的文章中，讲解中断处理相关的概念的时候，提到过有些任务不是紧急的，可以延后一段时间执行。因为中断服务例程都是顺序执行的，在响应一个中断的时候不应该被打断。相反，这些可延时任务执行时，可以使能中断。那么，将这些任务从中断处理程序中剥离出来，可以有效地保证内核对于中断响应时间尽可能短。这对于时间苛刻的应用来说，这是一个很重要的属性，尤其是那些要求中断请求必须在毫秒级别响应的应用。
发布者：全栈程序员栈长，转载请注明出处：https://javaforall.cn/115579.html原文链接：https://javaforall.cn
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