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中断——中断处理程序的进入与退出(三) (基于3.16-rc4)

上一篇博文我们分析了中断描述符表的中断门初始化过程,并且在interrupt数组中初始化过程中,可以看到每个中断处理程序都会跳入common_interrupt中。下面我们分析下common_interrupt汇编片段(arch/x86/kernel/entrt_32.S)

 1     .p2align CONFIG_X86_L1_CACHE_SHIFT 2 common_interrupt: 3     ASM_CLAC 4     addl $-0x80,(%esp)    /* Adjust vector into the [-256,-1] range */ 5     SAVE_ALL 6     TRACE_IRQS_OFF 7     movl %esp,%eax 8     call do_IRQ 9     jmp ret_from_intr10 ENDPROC(common_interrupt)11     CFI_ENDPROC 

第5行SAVE_ALL也是一个汇编片段(宏),用来将当前多个寄存器压栈,因为在do_IRQ中可能会用到这些寄存器。第8行调用了do_IRQ函数,接下来我们分析do_IRQ函数(arch/x86/kernel/irq.c)。

 1 __visible unsigned int __irq_entry do_IRQ(struct pt_regs *regs) 2 { 3     struct pt_regs *old_regs = set_irq_regs(regs); 4  5     /* high bit used in ret_from_ code  */ 6     unsigned vector = ~regs->orig_ax; 7     unsigned irq; 8  9     irq_enter();10     exit_idle();11 12     irq = __this_cpu_read(vector_irq[vector]);13 14     if (!handle_irq(irq, regs)) {15         ack_APIC_irq();16 17         if (irq != VECTOR_RETRIGGERED) {18             pr_emerg_ratelimited("%s: %d.%d No irq handler for vector (irq %d)\n",19                          __func__, smp_processor_id(),20                          vector, irq);21         } else {22             __this_cpu_write(vector_irq[vector], VECTOR_UNDEFINED);23         }24     }25 26     irq_exit();27 28     set_irq_regs(old_regs);29     return 1;30 }

第12行的vector_irq数组保存了中断向量号和中断线号(中断号)的对应关系,利用__this_cpu_read函数获得当前中断向量号所对应的中断号。第14行中handle_irq函数,使用中断号irq作为参数,进入该中断号所对应的中断服务例程中,下面分析下handle_irq函数(arch/x86/kernel/irq_32.c)。

 1 bool handle_irq(unsigned irq, struct pt_regs *regs) 2 { 3     struct irq_desc *desc; 4     int overflow; 5  6     overflow = check_stack_overflow(); 7  8     desc = irq_to_desc(irq); 9     if (unlikely(!desc))10         return false;11 12     if (user_mode_vm(regs) || !execute_on_irq_stack(overflow, desc, irq)) {13         if (unlikely(overflow))14             print_stack_overflow();15         desc->handle_irq(irq, desc);16     }17 18     return true;19 }

第8行获取到中断号irq所对应的struct irq_desc结构体指针,内核使用struct irq_desc类型结构体数组来存放所有的中断服务例程,中断号irq作为数组元素下标,如下所示(kernel/irq/irqdesc.c)。

1 struct irq_desc irq_desc[NR_IRQS] __cacheline_aligned_in_smp = {2     [0 ... NR_IRQS-1] = {3         .handle_irq    = handle_bad_irq,4         .depth        = 1,5         .lock        = __RAW_SPIN_LOCK_UNLOCKED(irq_desc->lock),6     }7 };

再来看下struct irq_desc结构体(include/linux/irqdesc.h)。

 1 struct irq_desc { 2     struct irq_data        irq_data; 3     unsigned int __percpu    *kstat_irqs; 4     irq_flow_handler_t    handle_irq; 5 #ifdef CONFIG_IRQ_PREFLOW_FASTEOI 6     irq_preflow_handler_t    preflow_handler; 7 #endif 8     struct irqaction    *action;    /* IRQ action list */ 9     unsigned int        status_use_accessors;10     unsigned int        core_internal_state__do_not_mess_with_it;11     unsigned int        depth;        /* nested irq disables */12     unsigned int        wake_depth;    /* nested wake enables */13     unsigned int        irq_count;    /* For detecting broken IRQs */14     unsigned long        last_unhandled;    /* Aging timer for unhandled count */15     unsigned int        irqs_unhandled;16     atomic_t        threads_handled;17     int            threads_handled_last;18     raw_spinlock_t        lock;19     struct cpumask        *percpu_enabled;20 #ifdef CONFIG_SMP21     const struct cpumask    *affinity_hint;22     struct irq_affinity_notify *affinity_notify;23 #ifdef CONFIG_GENERIC_PENDING_IRQ24     cpumask_var_t        pending_mask;25 #endif26 #endif27     unsigned long        threads_oneshot;28     atomic_t        threads_active;29     wait_queue_head_t       wait_for_threads;30 #ifdef CONFIG_PROC_FS31     struct proc_dir_entry    *dir;32 #endif33     int            parent_irq;34     struct module        *owner;35     const char        *name;36 } ____cacheline_internodealigned_in_smp;

真正的中断处理程序并不直接放在struct irq_desc结构体中,而是存放在struct irq_desc结构体的action成员所指向的struct irqaction结构体中,第8行。下面看下struct irqaction结构体类型(include/linux/interrupt.h)。

 1 struct irqaction { 2     irq_handler_t        handler;                     3     void            *dev_id; 4     void __percpu        *percpu_dev_id; 5     struct irqaction    *next; 6     irq_handler_t        thread_fn; 7     struct task_struct    *thread; 8     unsigned int        irq; 9     unsigned int        flags;10     unsigned long        thread_flags;11     unsigned long        thread_mask;12     const char        *name;13     struct proc_dir_entry    *dir;14 } ____cacheline_internodealigned_in_smp;

第1行handler中存放着中断服务例程。第5行next中存放下一个该类型结构体指针。因为一个中断号可以对应多个中断服务例程(中断线共享),内核将中断号相同的多个中断服务例程组织成一个链表,挂到以irq号作为下标的irq_desc数组元素中。

回到handle_irq函数中,第8行获取到irq号所对应的struct irq_desc结构体指针desc,接着第15行执行了desc->handle_irq函数,在该函数中执行irq号的所有中断服务例程。

在这里,一定要区别清楚IDT表idt_table和irq_desc数组的区别,idt_table中存放的是中断处理程序,而且这些中断处理程序的开头部分代码都是相同的,都要跳到common_interrupt函数中,进而去寻找中断服务例程。而irq_desc数组中存放的是中断服务例程,中断处理程序最终要通过该数组找到对应的中断服务例程并执行它。我们在编写驱动程序时,很多时候需要编写设备的中断服务例程,我们将中断服务例程存放在申请的struct irqaction结构体当中,并将该结构体挂到irq_desc数组的对应链表中,当中断发生后,系统会自动通过IDT--->GDT--->中断处理程序--->common_interrupt(属于中断处理程序)--->do_IRQ--->handle_irq,然后将irq_desc[NR_IRQS]数组中irq号对应的所有中断服务例程全部执行一遍。

 

当中断服务例程执行结束后,就会返回文章最开始的common_interrupt函数中,开始执行第9行,跳入到ret_from_intr函数中(arch/x86/kernel/entrt_32.S)

 1 ret_from_intr: 2     GET_THREAD_INFO(%ebp) 3 #ifdef CONFIG_VM86 4     movl PT_EFLAGS(%esp), %eax    # mix EFLAGS and CS 5     movb PT_CS(%esp), %al 6     andl $(X86_EFLAGS_VM | SEGMENT_RPL_MASK), %eax 7 #else 8     /* 9      * We can be coming here from child spawned by kernel_thread().10      */11     movl PT_CS(%esp), %eax12     andl $SEGMENT_RPL_MASK, %eax13 #endif14     cmpl $USER_RPL, %eax15     jb resume_kernel        # not returning to v8086 or userspace16 17 ENTRY(resume_userspace)18     LOCKDEP_SYS_EXIT19      DISABLE_INTERRUPTS(CLBR_ANY)    # make sure we dont miss an interrupt20                     # setting need_resched or sigpending21                     # between sampling and the iret22     TRACE_IRQS_OFF23     movl TI_flags(%ebp), %ecx24     andl $_TIF_WORK_MASK, %ecx    # is there any work to be done on25                     # int/exception return?26     jne work_pending27     jmp restore_all28 END(ret_from_exception)

第11行从当前栈中将cs寄存器的值存入eax中,第12行通过掩码计算,将eax中的DPL字段提取出来再存入eax,第14行比较eax(DPL)和用户空间权限的大小,如果DPL权限大的话,执行15行,恢复到内核态中,否则恢复到用户态,17行。