[笨叔点滴10] 中断到“底”来了吗？

Posted 2021-09-19 奔跑吧Linux社区

“ 我以前一直想不明白：为什么我一个小小散户竟能左右整个股市？不管之前涨势多么疯狂，我一买入它必定下跌！我一卖出它就上涨。我一空仓大盘疯涨，我一满仓大盘狂泻。手握百亿资金的庄家们竟死死盯着我手里这几万块钱不放。这到底是为啥？”

A股让我琢磨不透，但是在计算机里，中断和进程也是让人琢磨不透？比如某个微信群里讨论问题：在非抢占Linux内核中，为啥中断发生在内核态的时候不去抢占？ 

这个问题明显就是中断和进程之间的那些扯不清楚的事情。为啥在Linux 2.4内核里没有实现中断抢占呢？ 其实大家都是从现在Linux 4.x内核的眼光来看老版本的内核。要知道LInux内核也是90后哟，它诞生于 91年，现在才27岁。

关于中断和进程之间那些事，笨叔觉得如下几个问题挺有意思

1. 中断发生时候，ARM处理器究竟帮你做了那些事情？
   [大家可以见《奔跑吧Linux内核》第618~ 625页]  

   2. 如果中断发生在内核态，它的中断上下文 究竟存放在什么地方？有那些寄存器需要存？或者说那些寄存器是主演，那些寄存器其实是配角？

        [参考第625页这个图] 这个问题，大家需要搞清楚，IRQ栈和SVC栈究竟存了些啥东东，那些寄存器是必须的，也就是主角，没有它不行。那些寄存器其实跑龙套的，有没有不伤大雅。

    3.  如果中断发生在用户态，它在中断处理完成之后，它是怎么返回到用户空间？

    [这个问题，大家可以去看汇编，这个在《奔跑吧》里没有去详细分析这个__irq_usr这个汇编函数，这个函数不复杂，大家可以自己去阅读]

  4. 假设时钟的tick中断来了，而且它发生在用户空间，硬件中断完成之后，检查现在需要调度，那么调度到下一个进程next运行，假设这个next进程也是用户进程，那么这个next进程究竟从什么地方开始执行？

[这个问题，其实很有意思，假设A用户进程在B这个地方，发生了中断，之后，又发生了调度。那如果一段时间之后，A进程又被调度回来，它是不是从B这个地方开始执行呢？

要搞清楚这个问题，大家可以看《奔跑吧linux内核》第369~374页的描述，也可以参考这个图。其实关键点是在switch_to函数的实现和理解上]。

switch_to()函数如果简单的总结的话，其实两条语句就够了。如下面：

cpu_switch_to:

stmia r0!, {r4 - sl, fp, sp, lr}  @store regs on stack

ldmia r1, {r4 - sl, fp, sp, pc}   @load all regs saved previously

假设r0指向prev进程的cpu_context数据结构，r1指向next的cpu_context数据结构。

第一条汇编把prev进程的sp和lr寄存器保存到r0指向的cpu_context里，然后把next进程中cpu_context里的sp和lr寄存器装载在 CPU硬件的寄存器里，就这么简单完成了 进程上下文切换。完成切换之后，next进程就从ldmia这条指令下一条指令开始运行了，真的哟，真的开始运行了。。。

小明疑惑的说：笨叔，我怎么能验证你说的鬼话呢？

笨叔：其实很简单，你用笨叔的“O0”内核来debug单步一下，你可以在switch_to函数里设置断点，然后观察prev和next进程的cpu_context里面的lr都装了啥值，

小明：唷，好办法，我就去试试

笨叔：同时可以可以把prev和next的sp栈打印出来看看哟

小明：好嘞，笨叔

cpu_context是啥什么鬼，小伙伴可以看第342页的copy_thread()函数里，进程第一次被创建的时候cpu_context里究竟装了什么葫芦。

估计有小伙伴对pt_regs和cpu_context这两个数据结构玩意搞糊涂了吧，其实如果，你把这两个数据结构的用意和用途想明白了，上述这个问题都不是问题。pt_regs是保存当前进程发生中断或者异常或者系统调用等情况的时候CPU的上下文，它是寄居在进程内核栈的顶部。而cpu_context算是PCB的核心保存成员，PCB是啥？不是电路板，是进程核心控制块。cpu_context只是用来保存进程切换时候的CPU状态，其实就是SP和LR有用，他们俩个是主角。

今天笨叔废话一大堆，呵呵。笨叔弱弱问一句，我的中断来了，A股的“底”到底到木有？欢迎小伙伴在评论区留言，到“底”来了没？

最后，大家记得关注笨叔的书和配套视频，《奔跑吧linux内核》，笨叔出品，笨笨的味道，总有你想要的！