最近在研究异步消息处理, 突然想起linux内核的中断处理, 里面由始至终都贯穿着”重要的事马上做, 不重要的事推后做”的异步处理思想. 于是整理一下~ 第一阶段 获取中断号 每个CPU都有响应中断的
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
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
由于 APIC中断控制器 有点小复杂,所以本文主要通过 8259A中断控制器 来介绍Linux对中断的处理过程。
大家好,我是道哥,今天我为大伙儿解说的技术知识点是:【Linux 中断的注册和处理】。
设备的中断会打断内核进程中的正常调度和运行,系统对更高吞吐率的追求势必要求中断服务程序尽量短小精悍。但是,这个良好的愿望往往与现实并不吻合。在大多数真实的系统中,当中断到来时,要完成的工作往往并不会是短小的,它可能要进行较大量的耗时处理。 下图描述了Linux内核的中断处理机制。为了在中断执行时间尽量短和中断处理需完成的工作尽量大之间找到一个平衡点,Linux将中断处理程序分解为两个半部:顶半部和底半部。
中断其实就是由硬件或软件所发送的一种称为IRQ(中断请求)的信号。中断允许让设备,如键盘,串口卡,并口等设备表明它们需要CPU。
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。
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。
大内核锁(BKL)现在已经成为了一个遥远的记忆,但在那么多年里,它都是内核开发社区面临的一项棘手问题。然而 BKL 的终结并不意味着内核没有其他有问题的锁。近来,已经有一些关注转向了软中断锁(software-interrupt lock)或“下半部锁”(bottom half lock),因为它可能会在实时系统上导致延迟。Frederic Weisbecker 正在采取最新行动来减小这个锁的影响范围,该方法就是基于移除 BKL 时所采取的方法。
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。
电源管理(Power Management)在 Linux Kernel 中,是一个比较庞大的子系统,涉及到供电(Power Supply)、充电(Charger)、时钟(Clock)、频率(Frequency)、电压(Voltage)、睡眠/唤醒(Suspend/Resume)等方方面面。
最近,某团外卖被爆出大数据杀熟,所谓的大数据杀熟指的是平台利用户的数据,分析你是否是钱多的人,或者是否是不纠结价格的人,如果是,那么你买同样的物品会比普通用户贵一点,一般这种没有特地去对比价格是很难发现的,所以平台就利用了这点额外赚一些钱。说来很可笑,我们作为平台的资深用户,竟然被平台背后偷偷捞一笔。
“我叮咛你的 你说 不会遗忘 你告诉我的 我也全部珍藏 对于我们来说 记忆是飘不落的日子 永远不会发黄 相聚的时候 总是很短 期待的时候 总是很长 岁月的溪水边 捡拾起多少闪亮的诗行 如果你要想念我 就望一望天上那 闪烁的繁星 有我寻觅你的 目光” 谢谢你,曾经来过~ 中断与定时器是我们再熟悉不过的问题了,我们在进行裸机开发学习的 时候,这几乎就是重难点,也是每个程序必要的模块信息,那么在Linux中,我们又怎么实现延时、计数,和中断呢? 一、中断 1.概述 所谓中断是指cpu在执行程序的过程中,出现了某些
所谓实时,就是一个特定任务的执行时间必须是确定的,可预测的,并且在任何情况下都能保证任务的时限(最大执行时间限制)。实时又分软实时和硬实时,所谓软实时,就是对任务执行时限的要求不那么严苛,即使在一些情况下不能满足时限要求,也不会对系统本身产生致命影响,例如,媒体播放系统就是软实时的,它需要系统能够在1秒钟播放24帧,但是即使在一些严重负载的情况下不能在1秒钟内处理24帧,也是可以接受的。所谓硬实时,就是对任务的执行时限的要求非常严格,无论在什么情况下,任务的执行实现必须得到绝对保证,否则将产生灾难性后果,例如,飞行器自动驾驶和导航系统就是硬实时的,它必须要求系统能在限定的时限内完成特定的任务,否则将导致重大事故,如碰撞或爆炸等。
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。
cat 这个节点,会打印系统中所有的中断信息,如果是多核CPU,每个核都会打印出来。
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对于X86的单处理器机器,一般采用可编程中断控制器8259A做为中断控制电路。传统的PIC(Programmable Interrupt Controller)是由两片8259A风格的外部芯片以“级联”的方式连接在一起。每个芯片可处理多达8个不同的IRQ输入线。因为从PIC的INT输出线连接到主PIC的IRQ2引脚,所以可用IRQ线的个数限制为15,如图1所示。
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。
比如说你订了一份外卖,但是不确定外卖什么时候送到,也没有别的方法了解外卖的进度, 但是,配送员送外卖是不等人的,到了你这儿没人取的话,就直接走人了;所以你只能苦苦等着,时不时去门口看看外卖送到没,而不能干其他事情;不过呢,如果在订外卖的时候,你就跟配送员约定好,让他送到后给你打个电话,那你就不用苦苦等待了,就可以去忙别的事情,直到电话一响,接电话、取外卖就可以了、
每一种技术的出现必然是因为某种需求。正因为人的本性是贪婪的,所以科技的创新才能日新月异。
讲解这部分之前,我们先阐述一个概念-内核控制路径:就是一段在内核态执行的代码,比如说,异常处理程序,中断处理程序,系统调用处理,内核线程等等在内核态执行的代码。所以,内核态程序被激活的方式有:
实时分为硬实时和软实时,硬实时要求绝对保证响应时间不超过期限,如果超过期限,会造成灾难性的后果,例如汽车在发生碰撞事故时必须快速展开安全气囊;软实时只需尽力使响应时间不超过期限,如果偶尔超过期限,不会造成灾难性的后果.
Linux内核的软中断("softirq")机制有些奇怪,在早期的Linux和处理机制下比较晦涩,且仅有极少的内核开发人员会直接接触软中断。然而它是内核的大多数重要处理的核心。在某些场景下,软中断会以一种不合时宜的方式出现。特别是内核的实时抢占补丁集经常会与软中断产生冲突,该补丁集的最新版本提供了一种解决产生软中断问题的方法,值得一看。
中断 是为了解决外部设备完成某些工作后通知CPU的一种机制(譬如硬盘完成读写操作后通过中断告知CPU已经完成)。早期没有中断机制的计算机就不得不通过轮询来查询外部设备的状态,由于轮询是试探查询的(也就是说设备不一定是就绪状态),所以往往要做很多无用的查询,从而导致效率非常低下。由于中断是由外部设备主动通知CPU的,所以不需要CPU进行轮询去查询,效率大大提升。
不同的外部设备、不同的体系结构、不同的OS其中断实现机制都有差别,本文对应的OS为linux3.4版本,外部设备为PCI设备、系统为X86。
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。
在我们的开发中,检测按键是否触发,无非就两种方法—轮询和中断。作者认为两种方法最大的区别就是CPU的利用率。
在 上一篇文章 中,我们介绍了网卡接收和发过数据在 Linux 内核中的处理过程,我们先来回顾一下网卡接收和发送数据的过程,如 图1 所示:
大家好,我是道哥,今天我为大伙儿解说的技术知识点是:【中断程序如何发送信号给应用层】。
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。
软件意义上的定时器最终依赖硬件定时器来实现, 内核在时钟中断发生后检测各定时器是否到期 , 到期后的定时器处理函数将作为软中断在底半部执行 。实质上,时钟中断处理程序会 换起TIMER_SOFTIRQ软中断 ,运行当前处理器上到期的所有定时器。
进程是并发环境下,一个具有独立功能的程序在某个数据集上的一次执行活动,它是操作系统进行资源分配和保护的基本单位,也是执行的单位。
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。
来源:IBM 译者:ljianhui 链接:blog.csdn.net/ljianhui/article/details/46718835 1.1 Linux进程管理 进程管理是操作系统的最重要的功能之一。有效率的进程管理能保证一个程序平稳而高效地运行。 Linux的进程管理与UNIX的进程管理相似。它包括进程调度、中断处理、信号、进程优先级、上下文切换、进程状态、进度内存等。 在本节中,我们将描述Linux进程管理的基本原理的实现。它将更好地帮助你理解Linux内核如何处理进程及其对系统性能的影响。
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。
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。
之前记录过处理因为 LVS 网卡流量负载过高导致软中断发生丢包的问题,RPS 和 RFS 网卡多队列性能调优实践[1],对一般人来说压力不大的情况下其实碰见的概率并不高。这次想分享的话题是比较常见服务器网卡丢包现象排查思路,如果你是想了解点对点的丢包解决思路涉及面可能就比较广,不妨先参考之前的文章如何使用 MTR 诊断网络问题[2],对于 Linux 常用的网卡丢包分析工具自然是 ethtool。
系统调用 跟用户自定义函数一样也是一个函数,不同的是 系统调用 运行在内核态,而用户自定义函数运行在用户态。由于某些指令(如设置时钟、关闭/打开中断和I/O操作等)只能运行在内核态,所以操作系统必须提供一种能够进入内核态的方式,系统调用 就是这样的一种机制。
最近在公司维护的项目中碰到一个解决了定位很久的 bug , bug 找到的时候发现犯了很低级的错误——在中断处理函数中调用了 printf 函数,因为中断处理函数的调用了不可重入函数,导致中断丢失和系统位置错误,这里直接导致嵌入式 linux 系统应用进程中的所有线程停掉,进而导致看门狗进程得不到喂狗,设备重启。
从本质上来讲,中断是一种电信号,当设备有某种事件发生时,它就会产生中断,通过总线把电信号发送给中断控制器。
ptrace 函数 : 在 C 标准库 中有一个 ptrace 函数 , 该函数是一个系统调用方法 , 可以监视进程执行 , 查看 / 更改 被监视进程的 内存 和 寄存器 情况 , 常用于断点调试 ;
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。
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本文为IBM RedBook的Linux Performanceand Tuning Guidelines的1.1节的翻译 原文地址:http://www.redbooks.ibm.com/redpapers/pdfs/redp4285.pdf 原文作者:Eduardo Ciliendo, Takechika Kunimasa, Byron Braswell 1.1 Linux进程管理 进程管理是操作系统的最重要的功能之一。有效率的进程管理能保证一个程序平稳而高效地运行。 Linux的进程管理与UNIX的进
Ingo Molnar 的实时补丁是完全开源的,它采用的实时实现技术完全类似于Timesys Linux,而且中断线程化的代码是基于TimeSys Linux的中断线程化代码的。这些实时实现技术包括:中断线程化(包括IRQ和softirq)、用Mutex取代spinlock、优先级继承和死锁检测、等待队列优先级化等。
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