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Linux操作系統中中斷上下文中的互斥

在Linux系統中,有兩種不同的上下文:進程上下文、中斷上下文。
在中斷中沒有進程上下文,而具有中斷上下文,因此在中斷上下文中不能發生睡眠,也就是不能發生進程切換。
這就決定了在在中斷上下文中不能采用同步原語(信號量,管程、同步變量等)和長期互斥原語(這會導致進程睡眠), 而只能采用短期互斥原語(例如自旋鎖)。

曾經,中斷處理程序并不具有自己的棧。相反,它們共享所中斷進程的內核棧。內核棧的大小是兩頁,具體地說,在32位體系結構上是8KB,在64位體系結構上是16KB.
現在。中斷處理程序有了自己的棧,每個處理器一個,大小為一頁。這個棧就稱為中斷棧,盡管中斷棧的大小是原先共享棧的一半,但平均可用棧空間大得多,因為中斷處理
程序把這一整頁占為己有。

UP(單CPU系統)上的中斷處理
互斥
如果一個中斷處理程序的代碼訪問或者更新了由非中斷的代碼(通常稱為基準代碼)使用的同一數據結構,那么就會出現競爭條件。
幸運的是,得到允許的以內核態執行的進程會臨時禁止中斷。因此,只要基準代碼要更新一個與中斷處理程序共享的數據結構,那么就
首先禁止中斷,執行臨界段,然后再重新允許中斷。禁止和允許中斷的動作就實現了互斥。
在采取中斷互斥時,必須使用函數顯示地把編碼寫入算法中。

MP(多CPU系統)上
在MP系統上,中斷可以在任何處理器上出現。從最低限度上來說,每個進程會接收時鐘中斷,但也可能接收I/O中斷。在MP系統上,例程
SPL(禁止中斷)所提供的保護并不充分,因為它們執行影響執行它們的處理器上的中斷優先級。中斷可能會在另一個處理器上出現,如果設備驅動程序
正在別處運行,那么會造成一個競爭條件。因為中斷處理程序代表另一個進入內核的入口點。

當基準驅動程序代碼和中斷處理程序之間共享數據結構時,UP可以通過屏蔽中斷來防止出現競爭條件的技術,在多線程MP內核中還不充分。
臨界段要在一個處理器上執行,執行屏蔽中斷例程只會屏蔽在那個處理器上出現的中斷。如果在別的處理器上出現中斷,那么立即就會有
兩個處理器同時訪問、而且可能更新臨界資源。既然這些臨界段需要短期互斥,那么可以使用自旋鎖來對數據進行保護。

如果不考慮中斷處理程序和基準代碼之間的互斥,則Linux中的中斷處理程序是無須重入的。當一個給定的中斷處理程序正在執行時,相應的中斷線
在所有處理器上都會被屏蔽掉,以防止同一中斷線上接收另一個新的中斷。通常情況下,所有的其他中斷都是打開的,所以這些不同中斷線上的其他中斷
都能處理,但當前中斷線總是被禁止的。由此可以看出,同一個中斷處理程序絕不會被同時調用以處理嵌套的中斷。這極大地簡化了中斷程序的編寫。

posted on 2013-07-08 14:01 martin_yahoo 閱讀(3461) 評論(0)  編輯 收藏 引用


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