图珀洛的博客 | TUPELO Blog

Linux内核26-ARM的WFI和WFE指令

WFI和WFE指令的工作原理和使用场景

1 前言今天在理解读写自旋锁的实现的时候，看到了WFE指令，对其不理解。通过调查，弄清楚了它的来龙去脉，记录一下。在此，还要特别感谢窝窝科技的这篇文章【ARM WFI和WFE指令】，让我茅塞断开。 WFI(Wait for interrupt)和WFE(Wait for event)是两个让ARM核进入低功耗待机模式的指令，由ARM架构规范定义，由ARM核实现。 2 WFI和WFE ...

Posted by Tupelo Shen on April 4, 2020

Linux内核25-Per-CPU变量

Per-CPU变量的设计思想及使用场景

在前面的文章中我们已经学习了内核同步的一些基本概念，为什么需要内核同步其实，最好的同步手段在于设计阶段就要尽量避免同步的需求。因为，毕竟同步的实现都是需要牺牲系统性能的。既然多核系统中，CPU之间访问共享数据需要同步，那么最简单和有效的同步技术就是为每个CPU声明自己的变量，这样就减少了它们的耦合性，降低了同步的可能性。使用场景：一个CPU访问自己专属的变量，而无需担心其它CP...

Posted by Tupelo Shen on April 2, 2020

Linux内核24-内核同步理解

为什么需要内核同步？Linux内核都有哪些同步技术？

1 引言我们可以把内核想象成一个服务器，专门响应各种请求。这些请求可以是CPU上正在运行的进程发起的请求，也可以是外部的设备发起的中断请求。所以说，内核并不是串行运行，而是交错执行。既然是交错执行，就会产生竞态条件，我们可以采用同步技术消除这种竞态条件。我们首先了解一下如何向内核请求服务。然后，看一下这些请求如何实现同步。Linux内核又是采用了哪些同步技术。 2 如何请求内核服务...

Posted by Tupelo Shen on April 1, 2020

Linux内核23-工作队列

Linux内核是如何实现和处理工作队列的

1 工作队列 Linux2.6版本中引入了工作队列概念，代替Linux2.4版本中的任务队列。用以实现注册激活某些函数，留待稍后由工作线程执行（与tasklet的处理类似）。虽然，tasklet之类的可延时函数和工作队列处理流程类似，但是却大有不同。主要的差别是可延时函数运行在中断上下文中，而工作队列中的函数运行在进程上下文中。在进程上下文运行是执行阻塞函数的唯一方式，因为中断上下文中...

Posted by Tupelo Shen on March 30, 2020

Linux内核22-软中断和tasklet

Linux内核是如何实现和处理软中断和tasklet

1 软中断和Tasklet介绍在之前的文章中，讲解中断处理相关的概念的时候，提到过有些任务不是紧急的，可以延后一段时间执行。因为中断服务例程都是顺序执行的，在响应一个中断的时候不应该被打断。相反，这些可延时任务执行时，可以使能中断。那么，将这些任务从中断处理程序中剥离出来，可以有效地保证内核对于中断响应时间尽可能短。这对于时间苛刻的应用来说，这是一个很重要的属性，尤其是那些要求中断请求必...

Posted by Tupelo Shen on March 29, 2020

Linux内核21-Linux内核的中断处理过程

Linux内核是如何响应中断信号

中断处理如前所述，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。但是，这种方法不适用于中断，因为当一个不相关的进程正在运行的时候，发送给特定进程的中断信号会被挂起，等到该进程执行的时候才会处理。所以，给中断发送一个信号没有太大意义。另外，中断的处理与中断类型息息相关。所以，我们将中断分为3类： I/O中断...

Posted by Tupelo Shen on March 25, 2020

Linux内核20-Linux内核的异常处理过程

Linux内核是如何响应异常信号的

异常处理的基本过程当异常发生时，Linux内核给造成异常的进程发送一个信号，告知其发生了异常。比如，如果一个进程尝试除零操作，CPU会产生除法错误异常，相应的异常处理程序发送SIGFPE信号给当前进程，然后由其采取必要的步骤，恢复还是中止（如果该信号没有对应的处理程序，则中止）。但是，除了这些常规的异常以外，Linux有时候会特意利用某些CPU异常管理硬件资源。比如，可以使用Devi...

Posted by Tupelo Shen on March 25, 2020

Linux内核19-中断描述符表IDT的初始化

内核使用IDT表管理所有的中断和异常，那么它是如何初始化的呢？

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。同所有的设备一样，我们在使能硬件之前，必须先初始化其相关的数据结构。而Linux使用中断描述符表IDT记录管理所有的中断和异常。那么，首先，Linux内核应该把IDT的起始地址写入idtr寄存器，然后初始化所有的表项。这一步在初始化系统时完成。因为汇编指令int允许用...

Posted by Tupelo Shen on March 23, 2020

Linux内核18-中断和异常的嵌套处理

中断和异常为什么需要嵌套处理

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：系统调用（异常的一种）异常中断内核线程上面的任意一种方式，都可以让CPU执行内核态的代码。比如，I/O设备引发一个中断，相应的内核态程序，首先，应该是保存内核态堆栈中的...