软中断分析最近工作繁忙,没有时间总结内核相关的一些东西。上次更新博客到了linux内核中断子系统。这次总结一下软中断,也就是softirq。之后还会总结一些tasklet、工作队列机制。 1.为什么要软中断 编写驱动的时候,一个中断产生之后,内核在中断处理函数中可能需要完成很多工作。但是中断处理函数的处理是关闭了中断的。也就是说在响应中断时,系统不能再次响应外部的其它中断。这样的后果会造成有可能丢失外部中断。于是,linux内核设计出了一种架构,中断函数需要处理的任务分为两部分,一部分在中断处理函数中执
从2005年我接触Linux到现在15年了,Linux中断系统的变化并不大。比较重要的就是引入了threaded irq:使用内核线程来处理中断。
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。
软中断、tasklet和工作队列并非Linux内核中一直存在的机制,而是由更早版本号的内核中的“下半部”(bottom half)演变而来。
MPSoC是带ARM处理器和FPGA(PL)的SoC,包含4核A53及其常用外部模块(PS)。A53(PS)使用Arm GIC-400,属于GICv2架构。如果想了解GIC-400的具体细节,请参考文档APU GIC: CoreLink GIC-400 Generic Interrupt Controller, DDI 0471B, r0p1。
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]。
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。
load average: 0.00, 0.00, 0.00 系统负载,即任务队列的平均长度。 三个数值分别为 1分钟、5分钟、15分钟前到现在的平均值。
作为计算机科学的基础,操作系统扮演着计算机资源管理和调度的重要角色。它的主要职责包括管理硬件资源,提供程序运行环境,以及提供用户和系统之间的接口。要了解操作系统的工作原理,我们必须掌握其中的一些关键概念,其中包括“中断”和“系统调用”。
最核心的结构体是irq_desc,之前为了易于理解,我们说在Linux内核中有一个中断数组,对于每一个硬件中断,都有一个数组项,这个数组就是irq_desc数组。
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。
本系列参考: 学习开发一个RISC-V上的操作系统 - 汪辰 - 2021春 整理而来,主要作为xv6操作系统学习的一个前置基础。
有这样一个场景,有两台服务器A,B。你在A服务器上写了一个程序,这个程序功能是将服务器A的数据拷贝到服务器B上。这个功能会经历下面几步。
本文对内核中断进行概括以及讲述中断的具体实现方法在内核是怎么做的,会结合内核源码中的一些 .s 文件和 .c 文件来具体分析一下内核在中断中的实现方式。
摘要:平常编程调试的过程中,我们可能会有这样的疑惑:“为什么使用硬件模拟器,比如bochs调试的时候,开始设置的调试断点都不会生效?”,“断点调试的本质是什么,为什么程序能够在特定的地方停留下来?既然程序是指令流,为何CPU没有一直执行下去?”,“在软件中断的情况下,如何进行调试?”。断点和单步执行是两个经常使用的调试功能,也是调试器的核心功能。本章我们将介绍IA-32 CPU是如何支持断点和单步执行功能的,然后逐一为你解答这些疑问。
在Windows内核原理-同步IO与异步IO和《高性能网络通讯原理》两篇文章中,都出现了中断这两个字。本篇文章会对中断操作的原理进行说明。
计算机硬件是指计算机系统中由电子、机械和光电元件等组成的各种计算机部件和计算机设备。这些部件和设备依据计算机系统结构的要求构成的有机整体,称为计算机硬件系统。计算机硬件系统主要由运算器、主存储器、控制器、输入输出控制系统、辅助存储设备等功能部件组成。
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。
自旋锁:如果内核配置为SMP系统,自旋锁就按SMP系统上的要求来实现真正的自旋等待,但是对于UP系统,自旋锁仅做抢占和中断操作,没有实现真正的“自旋”。如果配置了CONFIG_DEBUG_SPINLOCK,那么自旋锁按照SMP系统来编译。
RISC-V指令集中有一类特殊寄存器CSRs(Control and Status Registers),这类寄存器存储了CPU的相关信息,只有特定的控制状态寄存器指令 (csrrc、csrrs、csrrw、csrrci、csrrsi、csrrwi等)才能够读写CSRs。
程序中断是指在计算机执行现行程序的过场中,出现某些急需处理的异常情况或特殊请求,CPU暂停中断现行程序,而专区对这些异常情况或特殊情况进行处理,在处理完毕后CPU又自动返回到现行程序的断点处,继续执行原程序。
随着RT-Thread Smart微内核发布会的临近,对于开源社区以及国产RTOS比较关注的人或许早有耳闻。RT-Thread要发布微内核操作系统了。从去年的华为提出鸿蒙微内核到目前为止,都未曾真正见到一个微内核系统面向大众。从真正的开发者角度来看,或许真正的关注点不在于多少先进技术的提出,而实际的关注点在于是否好用,是否能够快速高效的开发出稳定的产品,是否用上了之后能够减少自己的工作量。本文主要从微内核开发的思维角度出发,谈一谈RT-Thread Smart以及我个人进行微内核开发工作的所思所想。
由于内核中中断不允许嵌套,在程序进入中断后,系统会关闭中断接收,这段时间内,其他中断都无法处理导致中断无法响应,因此需要当前进入的中断子服务函数越快越好。但是在一些特殊情况下,中断要处理的事情可能是复杂且冗长的,为解决这种问题, 中断上下半部的概念顺势而生。将中断拆成两部分,上半部用来处理紧急的事情;下半部用来处理不紧急的事情。
很多人在学习中断子系统的过程中,在对基本概念与整体不太了解的情况下,过早的陷入了各种架构的实现细节,如同盲人摸象。这里主要给大家明确中断的各个基本概念,希望从这个角度能让大家更好的理解中断子系统。
中断是硬件和软件交互的一种机制,可以说整个操作系统,整个架构都是由中断来驱动的。中断的机制分为两种,中断和异常,中断通常为 $IO$ 设备触发的异步事件,而异常是 $CPU$ 执行指令时发生的同步事件。本文主要来说明 $IO$ 外设触发的中断,总的来说一个中断的起末会经历设备,中断控制器,$CPU$&$OS$ 三个阶段:设备产生中断,中断控制器接收和发送中断,$CPU$&$OS$ 来实际处理中断。
内存量,缓存大小,读取和写入磁盘的速度以及处理能力的速度和可用性都是影响基础架构性能的关键因素。在本教程中,我们将重点介绍CPU监控概念以及警报策略。我们将介绍如何使用两个常见的Linux实用程序,uptime命令和top命令了解CPU负载和利用率,以及如何设置腾讯云警报策略以通知您有关CVM CPU的高负载情况。
MIPS架构中,中断、异常、系统调用以及其它可以中断程序正常执行流的事件统称为异常(exception),统一由异常处理机制进行处理。
eBPF (Extended Berkeley Packet Filter) 是 Linux 内核上的一个强大的网络和性能分析工具。它允许开发者在内核运行时动态加载、更新和运行用户定义的代码。
一个设备驱动程序就是操作系统对特定的设备进行管理的程序,这些程序让设备执行操作,并且处理设备引起的中断,并且与因为设备I/O而被阻塞的进程.设备驱动程序往往非常难设计,因为设备和设备驱动程序是一起工作的,而且编写设备驱动程序需要对硬件接口有着深入的了解,这一点往往非常难.
平常工作会涉及到一些 Linux 性能分析的问题,因此决定总结一下常用的一些性能分析手段,仅供参考。
内核算是位于计算机系统 较为底层的软件,密切的管理着计算机的硬件资源。尽管内核有很多种,但大多数内核都包括以下四个方面的内容:
学习 Linux 时,经常可以看到两个词:User space(用户空间)和 Kernel space(内核空间)。 简单说,Kernel space 是 Linux 内核的运行空间,User spa
当前riscv的中断控制器部分比较简单,不像arm那样复杂,设计的简单分析起来就比较容易理解清楚。相比于ARM的GIC,RISC-V这一套CLINT与PLINT简直太容易理解了。或许是因为ARM迭代的时间很长,积累了很多设计上的经验,RISCV还需要经过实际的市场的考验,才能真正的看到中断控制这一块的设计到底是否简洁并且设计合理。
学习 Linux 时,经常可以看到两个词:User space(用户空间)和Kernel space(内核空间)。 简单说,Kernel space 是 Linux 内核的运行空间,User space 是用户程序的运行空间。为了安全,它们是隔离的,即使用户的程序崩溃了,内核也不受影响。 Kernel space可以执行任意命令,调用系统的一切资源;User space只能执行简单的运算,不能直接调用系统资源,必须通过系统接口(又称 system call),才能向内核发出指令。 str="my strin
处理外部事件是 CPU 必须要做的事,因为 CPU 和外设的不平等性导致外设的事件被 CPU 当作是外部事件,其实它们是平等的,只不过冯氏机器不这么认为罢了,既然要处理外部事件,那么就需要一定的方法,方法不止一种,大致有中断和轮询以及一种 混杂又复杂的方式,也就是DMA方式。中断是 CPU 被动处理的一种方式,也就是说 CPU 不知道何时中断,只要有了中断就会通知 CPU,而 CPU 此时必须停 下一切来处理,而轮询是 CPU 主动查询并处理的过程,CPU 隔一会查询一下外设看有没有事情可做。
NIC 在接收到数据包之后,首先需要将数据同步到内核中,这中间的桥梁是 rx ring buffer。它是由 NIC 和驱动程序共享的一片区域,事实上,rx ring buffer 存储的并不是实际的 packet 数据,而是一个描述符,这个描述符指向了它真正的存储地址,具体流程如下:
软件中断指令SWI用于产生SWI异常中断,用来实现在用户模式下对操作系统中特权模式的程序的调用;断点中断指令BKPT主要用于产生软件断点,供调试程序用。
①中断源发出中断请求; ②判断当前处理机是否允许中断和该中断源是否被屏蔽; ③优先权排队; ④处理机执行完当前指令或当前指令无法执行完,则立即停止当前程序,保护断点地址和处理机当前状态,转入相应的中断服务程序; ⑤执行中断服务程序; ⑥恢复被保护的状态,执行“中断返回”指令回到被中断的程序或转入其他程序。 上述过程中前四项操作是由硬件完成的,后两项是由软件完成的。
IA-32 CPU 结合保护模式的软硬件设计,提供了 4GB 内存的寻址能力,这对仍停留在 16 位实地址模式的我们是一个极大的诱惑。 上一篇文章中,我们详细的介绍了 32 位保护模式与内存分段机制的寻址机制、以及相关的寄存器、内存结构: 详解 32 位保护模式与内存分段机制
正如之前文章讲过:在 Unix / Linux 体系中,常常使用“用户” CPU 时间(us)、“系统” CPU 时间(sy)、“良好”的 CPU 时间(ni)、“空闲” CPU 时间(id)、“等待”CPU 时间(wa)、“硬件中断” CPU 时间(hi)、“软件中断” CPU 时间(si)以及“被盗” CPU 时间(st)等 8 个不同的指标来评判操作系统的 CPU 资源使用情况。
进程是在 CPU 及内存中运行的程序代码,而每个进程可以创建一个或多个进程(父子进程)。
这篇文章是整个《漫谈计算机组成原理》系列文章的最后一篇——中断系统。实际上,在《I/O系统》那一篇文章中,我们已经介绍过了中断系统,我想你大概也知道了中断的流程及中断的两种方式,如果你还不知道,就去翻翻前一篇文章《漫谈计算机组成原理(七)I/O系统》吧! 在这篇文章中,我们将细化的讲述中断系统的相关内容,带你全面的了解中断系统的组成、中断系统的工作流程及中断系统的意义。那就开始吧!
在之前的文章中。我们看到了网络接口怎样把到达的IP分组放到IP输入队列ipintrq中去,并怎样调用一个软件中断,例如以下图所看到的:
随着云计算产业的异军突起,网络技术的不断创新,越来越多的网络设备基础架构逐步向基于通用处理器平台的架构方向融合,从传统的物理网络到虚拟网络,从扁平化的网络结构到基于 SDN 分层的网络结构,无不体现出这种创新与融合。
在嵌入式开发中,尤其是在ARM的程序开发中,对异常的处理起着至关重要作用,那么cortexM4内核是如何管理异常的呢?我们将分几个小篇来讲解异常,今天先来了解下基本知识 异常状态 每一中异常总共有四种状态: 非激活态:异常没有被激活且没有被挂起。 挂起态: 异常等待处理器服务,一个外设的中断或者软件中断请求可以改变 相应中断的状态到挂起态,中断其实也是一种异常。 激活态: 处理器正在处理异常且还没有完成。 激活且挂起态:这种状态显然从字面意思理解就是激活态和挂起态的组合,即
在Linux操作系统中,通常采用8个不同的指标来研究Unix / Linux操作系统中的CPU消耗:用户CPU时间(us)、系统CPU时间(sy)、良好的CPU时间(ni)、空闲CPU时间(id)、等待CPU时间(wa)、硬件中断CPU时间(hi),软件中断CPU时间(si),被盗CPU时间(st)。在本文中,我们主要对“用户CPU时间”进行解析。
学习 Linux 时,经常可以看到两个词:User space(用户空间)和 Kernel space(内核空间)。
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