Linux CPU 인터럽트: 비동기 이벤트 및 공통 처리 메커니즘

Linux 인터럽트는 언제든지 발생할 수 있는 비동기 이벤트이며 프로그램의 정상적인 실행 흐름을 중단시킬 수 있습니다. 이러한 인터럽트를 처리하기 위해 Linux 커널은 일반적인 인터럽트 처리 메커니즘을 제공합니다.

인터럽트는 실제로 하드웨어나 소프트웨어에서 보내는 IRQ(인터럽트 요청)라는 신호입니다.

인터럽트는 키보드, 직렬 카드, 병렬 포트 등과 같은 장치가 CPU가 필요함을 나타낼 수 있도록 합니다.

CPU가 인터럽트 요청을 받으면 CPU는 실행 중인 프로그램의 실행을 일시적으로 중지하고 인터럽트 핸들러 또는 인터럽트 서비스 루틴이라는 특정 프로그램을 호출합니다.

인터럽트 서비스 루틴이나 인터럽트 핸들러는 메모리의 고정 주소에 위치한 인터럽트 벡터 테이블에서 찾을 수 있습니다. CPU가 인터럽트를 처리한 후 이전에 중단된 프로그램의 실행이 재개됩니다.

실제로 기계가 시작되면 시스템은 이미 모든 장치를 식별하고 해당 인터럽트 핸들러를 인터럽트 테이블에 로드했습니다.

CPU 주의를 요청하는 두 가지 방법은 다음과 같습니다.
1. 인터럽트 기반
2. 여론조사 기준

모든 Linux 운영 체제는 인터럽트 드라이버를 기반으로 합니다.

키보드의 키를 누르면 키보드는 키가 눌렸다는 사실을 CPU에 알려줍니다. 이 경우 키보드 IRQ 라인의 전압이 한 번 변경되며, 이 전압 변경은 장치의 요청이므로 장치에 처리해야 할 요청이 있다는 것과 같습니다.

/proc/인터럽트 파일
Linux 시스템에서 /proc/interrupts 파일에는 사용 중인 인터럽트와 각 프로세서가 인터럽트된 횟수에 대한 정보가 포함되어 있습니다.

위 파일의 출력은 다음과 같이 설명됩니다.
● 첫 번째 열은 IRQ 번호를 나타냅니다
● 두 번째, 세 번째, 네 번째 열은 해당 CPU 코어가 중단된 횟수를 나타냅니다. 위의 예에서 타이머는 인터럽트 이름(시스템 시계)을 나타냅니다. 3710374484는 CPU0이 3710374484번 중단되었음을 의미합니다. i8042는 키보드와 마우스를 제어하는 ​​키보드 컨트롤러를 나타냅니다.
● rtc(실시간 시계)와 같은 인터럽트의 경우 CPU는 인터럽트되지 않습니다. RTC는 전자 장치에 존재하며 시간을 추적하는 데 사용되기 때문입니다.
● NMI 및 LOC는 시스템에서 사용되는 드라이버이므로 사용자가 액세스하거나 구성할 수 없습니다.

IRQ 번호는 CPU에서 처리해야 하는 우선순위를 결정합니다. IRQ 번호가 작을수록 우선순위가 높다는 의미입니다.
예를 들어, CPU가 키보드와 시스템 클록 모두에서 인터럽트를 수신하는 경우 IRQ 번호가 0이기 때문에 CPU는 먼저 시스템 클록을 서비스합니다.
● IRQ0: 시스템 시계(변경할 수 없음)
● IRQ1: 키보드 컨트롤러(변경 불가)
● IRQ3: 직렬 포트 2의 직렬 포트 컨트롤러(직렬 포트 4가 있으면 이 인터럽트도 사용함)
● IRQ4: 직렬 포트 1의 직렬 포트 컨트롤러(직렬 포트 3이 있으면 이 인터럽트도 사용함)
● IRQ5: 병렬 포트 2 및 3 또는 사운드 카드
● IRQ6: 플로피 디스크 컨트롤러
● IRQ7: 병렬 포트 1. 프린터와 함께 사용되며 프린터가 없는 경우 모든 병렬 포트와 함께 사용할 수 있습니다.

조이스틱(또는 게임패드)에 있는 CPU의 경우 장치가 인터럽트를 보낼 때까지 기다리지 않습니다. 조이스틱은 주로 게임에 사용되기 때문에 조이스틱의 움직임은 매우 빨라야 하므로 폴링을 사용하여 장치에 CPU의 주의가 필요한지 여부를 감지하는 것이 이상적입니다. 폴링 방법을 사용할 때의 단점은 CPU가 장치를 여러 번 확인하기 때문에 CPU가 바쁜 대기 상태에 있다는 것입니다. 그러나 Linux에서는 이러한 신호 처리 방식도 필수적이라는 점에 유의해야 합니다.

하드 인터럽트
위에서 설명한 시나리오는 모두 하드 인터럽트의 예입니다. 하드 인터럽트는 주로 두 가지 범주로 나뉩니다.
1. NMI(마스크 불가능 인터럽트): 이 인터럽트 유형의 문자 그대로의 의미와 마찬가지로 이 인터럽트는 CPU에 의해 무시되거나 취소될 수 없습니다. NMI는 별도의 인터럽트 라인을 통해 전송되며 일반적으로 메모리 오류, 팬 오류, 온도 센서 오류 등과 같은 중요한 하드웨어 오류에 사용됩니다.
2. 마스크 가능한 인터럽트: 이러한 인터럽트는 CPU에 의해 무시되거나 지연될 수 있습니다. 이러한 유형의 인터럽트는 캐시 컨트롤러의 외부 핀이 트리거될 때 생성되며, 인터럽트 마스크 레지스터는 이러한 인터럽트를 마스크합니다. 이 핀에서 트리거된 인터럽트를 비활성화하려면 비트를 0으로 설정할 수 있습니다.

소프트 인터럽트
이러한 인터럽트는 CPU가 명령을 실행할 때(즉, 프로세스가 실행 중일 때) 생성됩니다. 명령을 실행할 때 CPU(구체적으로 CPU의 산술 장치) 자체가 예외를 생성하기 때문입니다. 소프트 인터럽트로).

예를 들어 숫자를 0으로 나누면(물론 불가능합니다) 0으로 나누기 예외가 발생하여 컴퓨터가 계산을 취소하거나 오류 메시지를 표시하게 됩니다.

/proc/stat 파일에는 시스템 커널에 대한 일부 통계 정보와 일부 인터럽트 정보가 포함되어 있습니다.

intr 라인은 시스템이 시작된 이후 생성된 인터럽트 수를 표시합니다. 첫 번째 열은 서비스되는 모든 인터럽트 수를 나타냅니다. 각 후속 열은 특정 인터럽트에 대한 총 인터럽트 수를 나타냅니다.

SMP_AFFINITY
SMP是指对称多处理器。smp_affinity文件主要用于某个特定IRQ要绑定到哪个CPU核心上。在/proc/irq/IRQ_NUMBER/目录下都有一个smp_affinity文件，这个文件中，所表示的CPU核心以十六进制来表示的。例如，网卡的中断号是：

grep eth0 /proc/interrupts
67: 23834931 0 0 0 IO-APIC-level eth0

cat /proc/irq/67/smp_affinity
00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000001

上面的十六进制对应的十进制是1，也就是说所有的和网卡驱动相关的中断都是有CPU0来提供服务的。

我们可以通过手动改变smp_affinity文件中的值来将IRQ绑定到指定的CPU核心上，或者启用irqbalance服务来自动绑定IRQ到CPU核心上。

IRQ Balance
Irqbalance是一个linux的实用程序，它主要是用于分发中断请求到CPU核心上，有助于性能的提升。它的目的是寻求省电和性能优化之间的平衡。你可以使用yum进行安装：

 \# rpm -qa | grep irqbalance 
irqbalance-0.55-15.el5 
\# yum search irqbalance 
\# yum install irqbalance.x86_64

启动irqbalance服务后，中断在CPU上的分布如下：

 \# cat /proc/interrupts 
     CPU0  CPU1   CPU2   CPU3 
 0: 950901695    0    0     0 IO-APIC-edge timer 
 1:    13    0    0     0 IO-APIC-edge i8042 
 6:    96  10989   470     0 IO-APIC-edge floppy 
 7:     0    0    0     0 IO-APIC-edge parport0 
 8:     1    0    0     0 IO-APIC-edge rtc 
 9:     0    0    0     0 IO-APIC-level acpi 
 12:    109  1787    0     0 IO-APIC-edge i8042 
 15:    99 84813914    0     0 IO-APIC-edge ide1 
 51:   17371    0 46689970     0 IO-APIC-level ioc0 
 67:   1741    0    0 225409160 PCI-MSI eth0 
 83:     0    0    0     0 PCI-MSI vmci 
NMI:     0    0    0     0
LOC: 950902917 950903742 950901202 950901400
ERR:     0
MIS:     0

Irqbalance对于包含多个核心的系统来说是非常有用的。因为通常中断只被第一个CPU核心服务。以上就是教程网为各位朋友分享的Linu系统相关内容。想要了解更多Linux相关知识记得关注公众号“Linux”，或扫描下方二维码进行关注，更多干货等着你 ！

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