〇、全景兩條線在 irq_desc 匯合前三篇講了分類、初始化、中斷重映射——都是中斷這條路的骨架怎么搭。這一篇講運(yùn)行時(shí)真正發(fā)生的事設(shè)備驅(qū)動(dòng)怎么認(rèn)領(lǐng)中斷注冊以及中斷來了怎么跑到驅(qū)動(dòng)的處理函數(shù)投遞。這兩件事是兩條獨(dú)立的線在同一個(gè)結(jié)構(gòu)irq_desc上匯合注冊線request_irqrequest_threaded_irq__setup_irq 掛 action 到desc-action 鏈表irq_desc兩條線的匯合點(diǎn)投遞線設(shè)備中斷 → IDTcommon_interruptvector_irq[vector] → irq_descdesc-handle_irqhandle_irq_event → 遍歷action 鏈表 → handler一句話主線注冊線把 handler 掛到irq_desc-action鏈表投遞線從irq_desc-action鏈表取出 handler 調(diào)用——irq_desc是兩條線的匯合點(diǎn)。一、核心樞紐irq_desc 和 irqaction 兩層理解這篇的關(guān)鍵是先分清兩個(gè)結(jié)構(gòu)各自管什么結(jié)構(gòu)是什么關(guān)鍵字段管什么irq_desc每個(gè) Linux 中斷號(hào)一個(gè)的描述符handle_irq函數(shù)指針、action鏈表頭、lock、depth這個(gè)中斷本身怎么處理、誰處理irqaction每次request_irq申請的一個(gè)處理者h(yuǎn)andler、thread_fn、next、dev_id、flags一個(gè)處理者哪個(gè)函數(shù)處理為什么是兩層而不是一層因?yàn)橐粋€(gè)中斷號(hào)可以被多個(gè)設(shè)備共享——irq_desc是這個(gè)中斷action鏈表是一串處理者。irq_desc一個(gè)irqaction可以一串。// include/linux/interrupt.h:118structirqaction{irq_handler_thandler;// 中斷上半部硬中斷上下文驅(qū)動(dòng)注冊的 ISRvoid*dev_id;// 設(shè)備標(biāo)識(shí)共享中斷時(shí)區(qū)分是哪個(gè)設(shè)備structirqaction*next;// 鏈表指針共享中斷串起來irq_handler_tthread_fn;// 線程化處理函數(shù)下半部可空unsignedintflags;// IRQF_SHARED / IRQF_ONESHOT ...};irq_desc里兩個(gè)字段最關(guān)鍵handle_irq函數(shù)指針指向這個(gè)中斷該怎么處理流程。MSI 是handle_edge_irq邊沿INTx 是handle_level_irq電平。它是在中斷建立時(shí)根據(jù)類型設(shè)好的第四節(jié)展開。actionirqaction鏈表頭。注冊時(shí)往這里掛投遞時(shí)從這里取。二、注冊線request_irq 把 handler 掛上 irq_desc驅(qū)動(dòng) probe 時(shí)調(diào)request_irq()把我要處理這個(gè)中斷這件事登記進(jìn)去。它其實(shí)是request_threaded_irq()的簡化包裝thread_fn傳 NULL// include/linux/interrupt.h:165staticinlineintrequest_irq(unsignedintirq,irq_handler_thandler,unsignedlongflags,constchar*name,void*dev){returnrequest_threaded_irq(irq,handler,NULL,flags,name,dev);}request_threaded_irq()manage.c:2146做兩件事分配并填充irqaction然后交給__setup_irq掛鏈表。// kernel/irq/manage.c:2146intrequest_threaded_irq(unsignedintirq,irq_handler_thandler,irq_handler_tthread_fn,unsignedlongirqflags,constchar*devname,void*dev_id){...actionkzalloc(sizeof(structirqaction),GFP_KERNEL);// ① 分配 irqactionaction-handlerhandler;// ② 填充 handleraction-thread_fnthread_fn;// 線程化函數(shù)可空action-flagsirqflags;action-namedevname;action-dev_iddev_id;retval__setup_irq(irq,desc,action);// ③ 掛到 desc-action 鏈表}真正的掛鏈表在__setup_irq()manage.c:1505的末尾// kernel/irq/manage.c節(jié)選raw_spin_lock_irqsave(desc-lock,flags);old_ptrdesc-action;// 指向鏈表頭的指針old*old_ptr;if(old){// 已有 action → 共享中斷do{...old_ptrold-next;old*old_ptr;}while(old);// 遍歷到尾部shared1;}...*old_ptrnew;// :1800 把新 action 掛到鏈表尾部關(guān)鍵就一句話desc-action是鏈表頭新irqaction掛到鏈表尾。共享中斷時(shí)多個(gè)設(shè)備各自的irqaction用next串成一條鏈。三種 handler 用法對(duì)比request_threaded_irq支持三種組合對(duì)應(yīng)三種中斷處理方式用法handlerthread_fn場景普通中斷提供空request_irq全部在硬中斷上下文處理純線程化空用默認(rèn)提供處理邏輯重、要睡眠全部放內(nèi)核線程上半下半提供提供硬中斷只做緊急事返回IRQ_WAKE_THREAD剩余放線程三、投遞線中斷從硬件跑到 handler這是中斷真正發(fā)生時(shí)硬件到軟件的完整路徑設(shè)備發(fā)中斷MSI / INTx → local APIC → CPU → CPU 查 IDT[vector] → 外部中斷門 → 通用入口 → common_interrupt()common_interrupt()arch/x86/kernel/irq.c:247是投遞線的軟件入口它干的第一件也是最關(guān)鍵的一件事把 vector 號(hào)翻譯成irq_desc。// arch/x86/kernel/irq.c:247DEFINE_IDTENTRY_IRQ(common_interrupt){structirq_desc*desc;desc__this_cpu_read(vector_irq[vector]);// ← vector 號(hào) → irq_descif(likely(!IS_ERR_OR_NULL(desc))){handle_irq(desc,regs);// 分發(fā)到 desc}else{apic_eoi();// 沒 handler直接 EOI}}vector_irq[vector]是一個(gè)per-CPU 數(shù)組把 vector 號(hào)映射到irq_desc指針。為什么是 per-CPU因?yàn)?x86 的 vector 分配器是按 CPU 獨(dú)立管理的向量矩陣irq_matrixkernel/irq/matrix.c——分配 vector 時(shí)只在投遞目標(biāo) CPU 的位圖上找空閑號(hào)。所以同一個(gè) vector 號(hào)在不同 CPU 上可以對(duì)應(yīng)不同的中斷兩個(gè)中斷親和性不相交時(shí)復(fù)用同一個(gè) vector 號(hào)但在同一個(gè) CPU 上一個(gè) vector 號(hào)只能對(duì)應(yīng)一個(gè)中斷IDT 的約束apic_update_vector里的BUG_ON斷言這一點(diǎn)vector.c:184。這個(gè)數(shù)組在中斷建立時(shí)填充上一篇初始化篇的init_IRQ建了 legacy 的映射MSI 的映射在分配 vector 時(shí)建。拿到irq_desc后handle_irq()irq.c:234在 64 位上就是generic_handle_irq_desc()// include/linux/irqdesc.h:159staticinlinevoidgeneric_handle_irq_desc(structirq_desc*desc){desc-handle_irq(desc);// 調(diào) desc 的 handle_irq 函數(shù)指針}這里就到了irq_desc的多態(tài)點(diǎn)desc-handle_irq指向handle_edge_irqMSI或handle_level_irqINTx。它們最終都會(huì)走到handle_irq_event()handle.c:202再遍歷 action 鏈表調(diào) handler// kernel/irq/handle.c:139irqreturn_t__handle_irq_event_percpu(structirq_desc*desc){for_each_action_of_desc(desc,action){// 遍歷 action 鏈表resaction-handler(irq,action-dev_id);// ← 調(diào)驅(qū)動(dòng)注冊的 handlerif(resIRQ_WAKE_THREAD)__irq_wake_thread(desc,action);// 喚醒線程化 handlerretval|res;}returnretval;}注意兩件事action-handler(irq, action-dev_id)就是驅(qū)動(dòng)在request_irq里注冊的那個(gè)函數(shù)。dev_id傳回給 handler共享中斷時(shí)用它判斷是不是我的設(shè)備發(fā)的中斷。handler 返回IRQ_WAKE_THREAD時(shí)喚醒線程——這就是上半下半模式的銜接點(diǎn)上半部handler做完緊急事返回IRQ_WAKE_THREAD內(nèi)核喚醒對(duì)應(yīng)的thread_fn線程處理剩余部分。而handle_irq_event()handle.c:202在調(diào) handler 前后做了件關(guān)鍵的事——先解鎖desc-lock再調(diào) handler調(diào)完再上鎖irqreturn_thandle_irq_event(structirq_desc*desc){desc-istate~IRQS_PENDING;irqd_set(desc-irq_data,IRQD_IRQ_INPROGRESS);raw_spin_unlock(desc-lock);// ← 先放鎖再調(diào) handlerrethandle_irq_event_percpu(desc);// 遍歷鏈表調(diào) handlerraw_spin_lock(desc-lock);// ← 調(diào)完重新上鎖irqd_clear(desc-irq_data,IRQD_IRQ_INPROGRESS);returnret;}為什么要解鎖不是讓 handler 能睡眠——handler 依然跑在硬中斷上下文局部中斷是關(guān)的__handle_irq_event_percpu里甚至有WARN_ONCE(!irqs_disabled(), ...)兜底handle.c:161照樣不能睡眠。真正原因是避免自死鎖handle_irq_event是被 flow handler持著desc-lock調(diào)進(jìn)來的handle_level_irq在 chip.c:630、handle_edge_irq在 chip.c:789 都是先raw_spin_lock(desc-lock)再調(diào)它而驅(qū)動(dòng)的 handler 內(nèi)部可能再調(diào)用會(huì)去拿desc-lock的中斷管理函數(shù)如disable_irq_nosync()/enable_irq()、synchronize_irq()等如果持鎖直調(diào) handler就會(huì)自己鎖死自己。那放鎖這期間irq_desc誰來保護(hù)靠IRQD_IRQ_INPROGRESS標(biāo)志進(jìn) handler 前置位、出 handler 后再上鎖清位。其他路徑——irq 線程的irq_finalize_oneshotmanage.c:1082、synchronize_irqmanage.c:136、spurious 檢測的note_interruptspurious.c:272——都在desc-lock下檢查這個(gè)標(biāo)志看到它就知道硬中斷 handler 正在跑從而與它互斥。本質(zhì)是鎖只保護(hù)irq_desc的狀態(tài)字段本身handler 執(zhí)行期間用標(biāo)志位來表示正在處理而不是讓鎖貫穿 handler 全程。四、邊沿 vs 電平兩種 handle 流程的對(duì)比desc-handle_irq的多態(tài)對(duì)應(yīng)兩種最典型的中斷觸發(fā)方式的不同處理流程——這是理解handle_irq函數(shù)指針存在意義的關(guān)鍵邊沿觸發(fā)MSI電平觸發(fā)INTx處理函數(shù)handle_edge_irqchip.c:787handle_level_irqchip.c:628進(jìn)入時(shí)irq_ackack不 maskmask_ack_irq先 mask 再 ack為什么邊沿只觸發(fā)一次處理期間新邊沿會(huì)記 PENDING電平一直拉高不 mask 會(huì)反復(fù)進(jìn)中斷處理do-while循環(huán)handle_irq_event處理期間來新中斷繼續(xù)單次handle_irq_event退出時(shí)無需 unmaskcond_unmask_irq處理完 unmask// 電平chip.c:628先 mask處理完 unmaskvoidhandle_level_irq(structirq_desc*desc){mask_ack_irq(desc);// ← 先 mask電平不 mask 會(huì)死循環(huán)進(jìn)中斷...handle_irq_event(desc);// 調(diào) handlercond_unmask_irq(desc);// ← 處理完 unmask}// 邊沿chip.c:787只 ack循環(huán)處理新邊沿voidhandle_edge_irq(structirq_desc*desc){...desc-irq_data.chip-irq_ack(desc-irq_data);// ← 只 ackdo{handle_irq_event(desc);// 調(diào) handler}while((desc-istateIRQS_PENDING)...);// ← 處理期間來新邊沿繼續(xù)}一句話電平中斷處理前要 mask、處理后 unmask否則電平一直觸發(fā)邊沿中斷只 ack、循環(huán)處理處理期間的新邊沿記 PENDING 繼續(xù)。五、完整調(diào)用鏈把注冊線和投遞線串成兩張帶行號(hào)的圖【注冊線軟件驅(qū)動(dòng) probe 時(shí)】 request_irq() interrupt.h:165 └─ request_threaded_irq() manage.c:2146 ├─ kzalloc(struct irqaction) 分配 irqaction ├─ 填充 handler / thread_fn / flags / dev_id └─ __setup_irq() manage.c:1505 ├─ old_ptr desc-action 取鏈表頭 ├─ 遍歷到尾部共享中斷 old_ptr old-next └─ *old_ptr new manage.c:1800 掛鏈表 【投遞線硬件→軟件運(yùn)行時(shí)】 設(shè)備中斷 → local APIC → CPU → IDT → 通用入口 └─ common_interrupt() irq.c:247 ├─ desc vector_irq[vector] irq.c:255 vector → irq_desc └─ handle_irq() → generic_handle_irq_desc() irqdesc.h:159 └─ desc-handle_irq(desc) 函數(shù)指針多態(tài) ├─ handle_edge_irq() chip.c:787 MSI/邊沿 └─ handle_level_irq() chip.c:628 INTx/電平 └─ handle_irq_event() handle.c:202 └─ __handle_irq_event_percpu() handle.c:139 └─ action-handler(irq, dev_id) handle.c:158六、關(guān)鍵函數(shù) / 文件索引函數(shù)位置作用request_irqinterrupt.h:165注冊入口包裝request_threaded_irqmanage.c:2146分配 irqaction 調(diào) __setup_irq__setup_irqmanage.c:1505把 action 掛到 desc-action 鏈表common_interruptirq.c:247投遞入口vector → irq_descgeneric_handle_irq_descirqdesc.h:159調(diào) desc-handle_irqhandle_edge_irqchip.c:787邊沿中斷流程handle_level_irqchip.c:628電平中斷流程handle_irq_eventhandle.c:202解鎖 desc-lock 后遍歷鏈表__handle_irq_event_percpuhandle.c:139遍歷 action 鏈表調(diào) handler文件v6.6關(guān)鍵內(nèi)容include/linux/interrupt.hstruct irqaction、request_irqkernel/irq/manage.crequest_threaded_irq、__setup_irqkernel/irq/handle.chandle_irq_event、遍歷鏈表kernel/irq/chip.chandle_edge_irq、handle_level_irqarch/x86/kernel/irq.ccommon_interrupt、vector_irq七、記住三點(diǎn)① 兩條線在irq_desc匯合注冊線request_irq→__setup_irq把irqaction掛到desc-action鏈表投遞線common_interrupt→handle_irq_event從desc-action鏈表取出irqaction調(diào)handler。irq_desc是中斷本身irqaction鏈表是一串處理者共享中斷。② 投遞線的關(guān)鍵樞紐是vector_irq[vector]這是 per-CPU 數(shù)組把 vector 號(hào)翻譯成irq_desc——因?yàn)槊總€(gè) CPU 有獨(dú)立 vector 空間。common_interrupt先查它拿到irq_desc再走desc-handle_irq函數(shù)指針。③desc-handle_irq是多態(tài)點(diǎn)邊沿MSI走h(yuǎn)andle_edge_irq只 ack、循環(huán)處理電平INTx走h(yuǎn)andle_level_irq先 mask、處理完 unmask。兩種流程最終都到handle_irq_event遍歷action鏈表調(diào)action-handler(irq, dev_id)handler 返回IRQ_WAKE_THREAD時(shí)喚醒線程化下半部。