[笨叔点滴12]面试必考：如果在中断处理函数里发生了缺页中断会怎样？为什么？

Posted 2021-09-19 奔跑吧Linux社区

“ 小明同学去BAT公司面试。

面试官：叫神马名字

小明：小明

面试官：啥是时钟中断？

小明：就是手表坏了，不跑了

面试官： ？？？这也行

面试官接着问：如果时钟中断处理程序发生了缺页中断，怎么办？

小明嘟囔：咋手表坏了还会缺液，这啥手表。。。液压手表？要加几号油...

面试官：小明同学，滚。。。

”

上面是一个段子，但是这是一个面试必考题目，考察大家对中断和异常处理的理解，如果你对中断和异常理解不透彻，很难胜任Linux相关的研发工作的。如果能把这个问题的来龙去脉想出来，去面试BAT或者其他大公司一点问题都木有。

恰巧，今天在笨叔的VIP奔跑群里，有人问了这样一个问题，在中断处理函数ISR中，可以发生缺页中断吗？发生缺页中断会怎么样？

01 啥是缺页中断？

—

首先我们先搞清楚两个事情：

1. 一个是中断
2. 另外一个是缺页中断

他们是否一样都是中断呢？

答案显然是否定的。中断和缺页中断是兄弟，但是不是同一个人。在大部分的体系结构里，缺页中断其实是缺页异常，英文叫做“Page Fault”，笨叔不知道从哪个教材开始“page fault”都清一色叫做缺页中断，其实翻译成缺页异常会更合适，否则学生还天真的认为缺页中断和普通的外设中断没啥两样。

在ARM32处理器里中断和异常是分的比较清楚的，中断有IRQ和FIQ中断，我们常说的普通的外设中断就是IRQ中断。而异常，分成data abort、undefine abort、预取异常这几种异常。大家从异常向量表就可以看出，当中断和异常发生的时候，他们的处理的入口是不一样的。

当一个外设中断发生的时候，它的处理步骤是这样的：

1. 跑到IRQ的向量表里
2. 在vector_IRQ汇编函数，保存当前lr和spsr到中断栈
3. 跳转到SVC模式
4. 在SVC模式里，判断中断发生在内核态还是用户态
5. 保存中断发生那个时间点上下文到进程的内核栈里（SVC模式）
6. 跳转到do_IRQ函数里去执行中断处理函数
7. 判断是否需要抢占
8. 中断返回

上面是笨叔总结的IRQ中断发生，上半部处理要经历的一些事情（我们这里讨论忽略了中断下半部）。这次点滴那个小伙伴问的问题是，当在第6步的时候发生了缺页中断。也就是在do_IRQ函数里，访问的内存不存在，或者页的属性不对，导致发生了一个缺页异常，那怎么办？

经过笨叔上面这么一分析，我们就get到了这个问题的本质了。

02 不可以哟

—

假设在中断过程的第6步发生了缺页异常，你访问了不该访问的内存，捅了马蜂窝，那会发生什么事情？  （在ARM处理器里大概有两种的缺页异常，一种是进程地址空间的缺页异常do_page_fault，另外一种是vmalloc的缺页异常do_translation_fault。后者比较简单，vmalloc缺页中断仅仅是把init_task进程的页表拷贝到当前进程而已，我们暂时考虑更为复杂的前者）。

首先一点，异常处理的汇编代码部分和中断是差不多的，都是通过异常模式的栈，然后跳转到当前进程的内核栈里面。但是异常模式有一个不一样的地方，就是处理过程是开中断和允许睡眠和调度的。

所以当在外设中断ISR处理过程中发生异常，会出现下面情况。

如图所示，在发生中断的那个current进程的内核栈里，会出现一个一个栈框，最上面的是发生中断那个现场点的上下文的栈框，接着是do_IRQ的栈框，接着是具体硬件外设ISR处理函数的栈框。 接下来就是发生异常时候，保存下来的栈框。

由于在异常处理函数里，它是允许开中断的和睡眠的，那“层层嵌套”，套路太深，猴年马月才能返回到 最初那个中断上下文呢？

如图所示，在①这个地方发生了中断A，然后在保存了这个现场的上下文。然后在②这个地方发生了异常，也保存了这个现场的上下文，在异常处理过程③的地方，又发生了中断B，这时候保存发生中断B的上下文。

1. 假设中断B返回的时候发生了调度，那猴年马月能返回到③这个地方呢？
2. 假设在异常处理的时候发生了调度，也是一样的，猴年马月能返回到③这里呢？

上面场景发生的话，中断A啥时候才能返回呢？因为中断控制器还在等待程序媛给他一个吻，这个吻叫做“EOI”，英文叫做“end of interrupt”。也许望穿秋水了，也等不到这个吻了。。。

上面场景如果发生在时钟中断里的话，大家想想会有啥后果？

所以，为了防止异常处理发生的套路很深的圈套，我们看一下Linux内核做了哪些限制？

在do_page_fault()函数里，有判断当前上下文是否在中断上下文中，通过in_atomic()函数来判断。如果在中断上下文里，就跑到do_kernel_fault里，通常就打印oops错误了。

那in_atomic()怎么判断当前是否在中断上下文呢？

这里主要是去判断thread_info里面的preempt_count计数。

​

那中断的处理过程是否设置了preempt_count计数呢？

IRQ的处理过程：irq_handle-> gic_handle_irq()->handle_domain_irq()->irq_enter->_irq_enter

这回我们终于知道了IRQ中断处理会设置preempt_count计数的HARDIRQ_OFFSET这个域了。