中断中为啥不能用信号量以及中断上下文问啥不能睡眠

1、中断中为何不能使用信号量?

答: 信号量会导致睡眠。

2、中断上下为何不能睡眠?

以下为转载: http://blog.chinaunix.net/uid-7332782-id-3213376.html

中断发生以后,CPU跳到内核设置好的中断处理代码中去,由这部分内核代码来处理中断。这个处理过程中的上下文就是中断上下文。

     为什么可能导致睡眠的函数都不能在中断上下文中使用呢? 首先睡眠的含义是将进程置于“睡眠”状态,在这个状态的进程不能被调度执行。然后,在一定的时机,这个进程可能会被重新置为“运行”状态,从而可能被调度执行。 可见,“睡眠”与“运行”是针对进程而言的,代表进程的task_struct结构记录着进程的状态。内核中的“调度器”通过task_struct对进程进行调度。
     但是,中断上下文却不是一个进程,它并不存在task_struct,所以它是不可调度的。所以,在中断上下文就不能睡眠。

     那么,中断上下文为什么不存在对应的task_struct结构呢?
     中断的产生是很频繁的(至少每毫秒(看配置,可能10毫秒或其他值)会产生一个时钟中断),并且中断处理过程会很快。如果为中断上下文维护一个对应的task_struct结构,那么这个结构频繁地分配、回收、并且影响调度器的管理,这样会对整个系统的吞吐量有所影响。

     但是在某些追求实时性的嵌入式linux中,中断也可能被赋予task_struct结构。这是为了避免大量中断不断的嵌套,导致一段时间内CPU总是运行在中断上下文,使得某些优先级非常高的进程得不到运行。这种做法能够提高系统的实时性,但是代价中吞吐量的降低

不可屏蔽中断(Non-Maskable Interrupt,NMI)是一种特殊的中断类型,其主要特点是不受中断标志位(IF)的控制,因此即使在关中断状态下,CPU仍会响应此类中断。NMI通常用于处理系统中非常紧急或关键的事件,例如硬件故障、电源故障、系统崩溃等。 ### 不可屏蔽中断的执行时机 不可屏蔽中断的执行时机与可屏蔽中断有所不同。由于NMI不依赖于IF标志位的状态,因此其执行时机主要取决于CPU的当前状态硬件请求的触发条件: - **中断周期内响应**:在一条指令执行完毕后,CPU会检查是否存在不可屏蔽中断请求。如果存在,则进入中断处理流程,无论当前IF标志位的状态如何[^1]。 - **非周期性响应**:虽然NMI通常在指令执行结束后响应,但某些CPU架构允许在某些特殊情况下立即响应NMI,而不必等待当前指令执行完成。这种机制取决于具体的处理器设计。 ### 不可屏蔽中断的机制 不可屏蔽中断的处理机制与可屏蔽中断类似,但在以下几个方面有所不同: - **中断触发源**:NMI通常由特定的硬件信号(如Intel CPU中的NMI引脚)触发,而不是通过标准的INTR引脚[^2]。 - **中断向量分配**:系统为NMI分配了固定的中断向量号(例如在x86架构中为向量号2),以便CPU能够快速识别并处理该中断。 - **中断处理程序入口**:当NMI发生时,CPU会自动跳转到预定义的中断处理程序地址,执行相应的异常处理逻辑。通常,这类中断处理程序由操作系统或固件提供。 - **无中断嵌套控制**:尽管NMI不能被屏蔽,但在某些系统中,NMI处理程序可以再次被另一个NMI打断,形成嵌套。不过,这种行为取决于具体的系统设计配置。 ### 示例代码:模拟不可屏蔽中断的处理流程(伪代码) ```c void nmi_handler() { // 保存当前上下文 save_registers(); // 记录NMI发生的时间或原因 log_nmi_event(); // 检查并处理具体的NMI源(如硬件错误、电源故障等) handle_nmi_source(); // 恢复上下文并返回 restore_registers(); return_from_interrupt(); } ``` ### 总结 不可屏蔽中断可以在任何时刻被CPU响应,只要其请求被触发,并且CPU处于可以处理中断的状态。它不依赖于IF标志位,因此即使在关中断的情况下,CPU也会响应NMI。NMI的执行通常发生在指令执行结束后的中断周期内,但在某些架构中也可能立即响应。
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