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。
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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:
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。
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。
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】。
资料中,难免会有一些错误,有任何问题,都可以在github向我提交issue。文中的勘误,我都会更新在github中。点击阅读原文可以直达github。
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。
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。
在高执行级别下,代码可以执行特权指令,访问任意的物理地址,这种CPU执行级别就对应着内核态。
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。
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。
“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
中断服务程序一般都是在中断请求关闭的条件下执行的,以避免嵌套而使中断控制复杂化。但是,中断是一个随机事件,它随时会到来,如果关中断的时间太长,CPU就不能及时响应其他的中断请求,从而造成中断的丢失。因此,Linux内核的目标就是尽可能快的处理完中断请求,尽其所能把更多的处理向后推迟。例如,假设一个数据块已经达到了网线,当中断控制器接受到这个中断请求信号时,Linux内核只是简单地标志数据到来了,然后让处理器恢复到它以前运行的状态,其余的处理稍后再进行(如把数据移入一个缓冲区,接受数据的进程就可以在缓冲区找到数据)。因此,内核把中断处理分为两部分:上半部(tophalf)和下半部(bottomhalf),上半部(就是中断服务程序)内核立即执行,而下半部(就是一些内核函数)留着稍后处理。
今天分享一篇经典Linux协议栈文章,主要讲解Linux网络子系统,看完相信大家对协议栈又会加深不少,不光可以了解协议栈处理流程,方便定位问题,还可以学习一下怎么去设计一个可扩展的子系统,屏蔽不同层次的差异。
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。
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.
http://unxutils.sourceforge.net/UnxUtils.html
惠伟:IOMMU(四)-dma remappingzhuanlan.zhihu.com
通过DMA写物理地址0x0FEE_XXXX来产生中断,PCI config space中有MSI Address和Data寄存器,驱动配置这两个寄存器,Address寄存器中有Destination ID,表示Local APIC ID,Address寄存器所有字段组合起来就是x0FEE_XXXX,Data寄存器有vector号,表示中断号。
因为要对百万、千万、甚至是过亿的用户提供各种网络服务,所以在一线互联网企业里面试和晋升后端开发同学的其中一个重点要求就是要能支撑高并发,要理解性能开销,会进行性能优化。而很多时候,如果你对Linux底层的理解不深的话,遇到很多线上性能瓶颈你会觉得狗拿刺猬,无从下手。
因为要对百万、千万、甚至是过亿的用户提供各种网络服务,所以在一线互联网企业里面试和晋升后端开发同学的其中一个重点要求就是要能支撑高并发,要理解性能开销,会进行性能优化。而很多时候,如果你对网络底层的理解不深的话,遇到很多线上性能瓶颈你会觉得狗拿刺猬,无从下手。
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 ;
在上一篇文章《自己动手写一个GDB|基础功能》中,我们介绍了怎么使用 ptrace() 系统调用来实现一个简单进程追踪程序,本文主要介绍怎么实现断点设置功能。
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
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。
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:
进互联网公司操作系统和网络库是基础技能,面试过不去的看,这里基于嵌入式操作系统分几章来总结一下任务调度、内存分配和网络协议栈的基础原理和代码实现。
键盘可以说是我们最常使用的输入硬件设备了,但身为程序员的你,你知道「键盘敲入 A 字母时,操作系统期间发生了什么吗」?
在用户态空间,调用发送数据接口 send/sento/wirte 等写数据包,在内核空间会根据不同的协议走不同的流程。以TCP为例,TCP是一种流协议,内核只是将数据包追加到套接字的发送队列中,真正发送数据的时刻,则是由TCP协议来控制的。TCP协议处理完成之后会交给IP协议继续处理,最后会调用网卡的发送函数,将数据包发送到网卡。
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。
当时有些地方写的比较笼统,然后我「把 Linux 接收+发送网络包的流程」这部分内容完善了下,现在重新分享给大家。
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】。
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。
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。
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、
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
通过前面的文章我们已经了解了「数据包从HTTP层->TCP层->IP层->网卡->互联网->目的地服务器」这中间涉及的知识。
为了使得多种设备能通过网络相互通信,和为了解决各种不同设备在网络互联中的兼容性问题,国际标标准化组织制定了开放式系统互联通信参考模型(open System Interconnection Reference Model),也就是 OSI 网络模型,该模型主要有 7 层,分别是应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层以及物理层。
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。
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。
实时系统要求对事件的响应时间不能超过规定的期限,响应时间是指从某个事件发生到负责处理这个事件的进程处理完成的时间间隔,最大响应时间应该是确定的、可以预测的。
现在越来越多的产品具有M core和A core的异构架构,既能达到M核的实时要求,又能满足A核的生态和算力。比如NXP的i.MX8系列、瑞萨的RZ/G2L系列以及TI的AM62x系列等等。虽然这些处理器的品牌及性能有所不同,但多核通信原理基本一致,都是基于寄存器和中断传递消息,基于共享内存传输数据。
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。
上次的陈老师在对PolarDB 的分享中,提到一个新名词,bypass,通过bypass 来提高整体的云原生数据库的性能。这在传统的数据库的技术中我未曾听过,当然上次的东西,最近比较懒,没有整理,后续我会把相关的录音转换成文字,把PolarDB到底打败了谁,之快问快答的东西整理出来。
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。
当我们第一次使用电脑的时候,你会觉得神奇吗?为什么我们在键盘上敲击或者使用鼠标进行点击,就能实现各种操作;为什么显示器会显示出这些图标?这些用户操作的背后,是谁在同一管理他们呢?
在之前的文章中Linux从头学10:三级跳过程详解-从 bootloader 到 操作系统,再到应用程序,由于当时没有引入特权级的概念,用户程序和操作系统都工作在相同的特权级,因此可以直接通过[段选择子:偏移量] 的方式,来调用属于操作系统代码段中的函数,如下所示:
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