1. 中斷流控層簡介
早期的內核版本中，幾乎所有的中斷都是由__do_IRQ函數進行處理，但是，因爲各種中斷請求的電氣特性會有所不同，又或者中斷控制器的特性也不同，這會導致以下這些處理也會有所不同：
- 何時對中斷控制器發出ack迴應；
- mask_irq和unmask_irq的處理；
- 中斷控制器是否需要eoi迴應？
- 何時打開cpu的本地irq中斷？以便允許irq的嵌套；
- 中斷數據結構的同步和保護；
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爲此，通用中斷子系統把幾種常用的流控類型進行了抽象，併爲它們實現了相應的標準函數，我們只要選擇相應的函數，賦值給irq所對應的irq_desc結構的handle_irq字段中即可。這些標準的回調函數都是irq_flow_handler_t類型：
目前的通用中斷子系統實現了以下這些標準流控回調函數，這些函數都定義在：kernel/irq/chip.c中，
- handle_simple_irq 用於簡易流控處理；
- handle_level_irq 用於電平觸發中斷的流控處理；
- handle_edge_irq 用於邊沿觸發中斷的流控處理；
- handle_fasteoi_irq 用於需要響應eoi的中斷控制器；
- handle_percpu_irq 用於只在單一cpu響應的中斷；
- handle_nested_irq 用於處理使用線程的嵌套中斷；
驅動程序和板級代碼可以通過以下幾個API設置irq的流控函數：
- irq_set_handler();
- irq_set_chip_and_handler();
- irq_set_chip_and_handler_name();
以下這個序列圖展示了整個通用中斷子系統的中斷響應過程，flow_handle一欄就是中斷流控層的生命週期：
圖1.1 通用中斷子系統的中斷響應過程
2. handle_simple_irq
該函數沒有實現任何實質性的流控操作，在把irq_desc結構鎖住後，直接調用handle_irq_event處理irq_desc中的action鏈表，它通常用於多路複用（類似於中斷控制器級聯）中的子中斷，由父中斷的流控回調中調用。或者用於無需進行硬件控制的中斷中。以下是它的經過簡化的代碼：
- void
- handle_simple_irq(unsigned int irq, struct irq_desc *desc)
- {
- raw_spin_lock(&desc->lock);
- ......
- handle_irq_event(desc);
- out_unlock:
- raw_spin_unlock(&desc->lock);
- }
3. handle_level_irq
該函數用於處理電平中斷的流控操作。電平中斷的特點是，只要設備的中斷請求引腳（中斷線）保持在預設的觸發電平，中斷就會一直被請求，所以，爲了避免同一中斷被重複響應，必須在處理中斷前先把maskirq，然後ack irq，以便復位設備的中斷請求引腳，響應完成後再unmaskirq。實際的情況稍稍複雜一點，在mask和ack之後，還要判斷IRQ_INPROGRESS標誌位，如果該標誌已經置位，則直接退出，不再做實質性的處理，IRQ_INPROGRESS標誌在handle_irq_event的開始設置，在handle_irq_event結束時清除，如果監測到IRQ_INPROGRESS被置位，表明該irq正在被另一個CPU處理中，所以直接退出，對電平中斷來說是正確的處理方法。但是我覺得在ARM系統中，這種情況根本就不會發生，因爲在沒有進入handle_level_irq之前，中斷控制器沒有收到ack通知，它不會向第二個CPU再次發出中斷請求，而當程序進入handle_level_irq之後，第一個動作就是maskirq，然後ackirq（通常是聯合起來的：mask_ack_irq），這時候就算設備再次發出中斷請求，也是在handle_irq_event結束，unmaskirq之後，這時IRQ_INPROGRESS標誌已經被清除。我不知道其他像X86之類的體系是否有不同的行爲，有知道的朋友請告知我一下。以下是handle_level_irq經過簡化之後的代碼：
- void
- handle_level_irq(unsigned int irq, struct irq_desc *desc)
- {
- raw_spin_lock(&desc->lock);
- mask_ack_irq(desc);
- if (unlikely(irqd_irq_inprogress(&desc->irq_data)))
- goto out_unlock;
- ......
- if (unlikely(!desc->action || irqd_irq_disabled(&desc->irq_data)))
- goto out_unlock;
- handle_irq_event(desc);
- if (!irqd_irq_disabled(&desc->irq_data) && !(desc->istate & IRQS_ONESHOT))
- unmask_irq(desc);
- out_unlock:
- raw_spin_unlock(&desc->lock);
- }
圖3.1 電平觸發中斷狀態
上圖中顏色分別代表不同的狀態：
| 狀態 | 紅色 | 綠色 |
|---|---|---|
| IRQ_PROGRESS | TRUE | FALSE |
| 是否允許本地cpu中斷 | 禁止 | 允許 |
| 是否允許該設備再次觸發中斷（可能由其它cpu響應） | 禁止 | 允許 |
4. handle_edge_irq
該函數用於處理邊沿觸發中斷的流控操作。邊沿觸發中斷的特點是，只有設備的中斷請求引腳（中斷線）的電平發生跳變時（由高變低或者有低變高），纔會發出中斷請求，因爲跳變是一瞬間，而且不會像電平中斷能保持住電平，所以處理不當就特別容易漏掉一次中斷請求，爲了避免這種情況，屏蔽中斷的時間必須越短越好。內核的開發者們顯然意識到這一點，在正是處理中斷前，判斷IRQ_PROGRESS標誌沒有被設置的情況下，只是ackirq，並沒有maskirq，以便復位設備的中斷請求引腳，在這之後的中斷處理期間，另外的cpu可以再次響應同一個irq請求，如果IRQ_PROGRESS已經置位，表明另一個CPU正在處理該irq的上一次請求，這種情況下，他只是簡單地設置IRQS_PENDING標誌，然後mask_ack_irq後退出，中斷請求交由原來的CPU繼續處理。因爲是mask_ack_irq，所以系統實際上只允許掛起一次中斷。
從上面的分析可以知道，處理中斷期間，另一次請求可能由另一個cpu響應後掛起，所以在處理完本次請求後還要判斷IRQS_PENDING標誌，如果被置位，當前cpu要接着處理被另一個cpu“委託”的請求。內核在這裏設置了一個循環來處理這種情況，直到IRQS_PENDING標誌無效爲止，而且因爲另一個cpu在響應並掛起irq時，會maskirq，所以在循環中要再次unmask irq，以便另一個cpu可以再次響應並掛起irq：
IRQS_PENDING標誌會在handle_irq_event中清除。
圖4.1 邊沿觸發中斷狀態
上圖中顏色分別代表不同的狀態：
| 狀態 | 紅色 | 綠色 |
| IRQ_PROGRESS | TRUE | FALSE |
| 是否允許本地cpu中斷 | 禁止 | 允許 |
| 是否允許該設備再次觸發中斷（可能由其它cpu響應） | 禁止 | 允許 |
| 是否處於中斷上下文 | 處於中斷上下文 | 處於進程上下文 |
由圖4.1也可以看出，在處理軟件中斷（softirq）期間，此時仍然處於中斷上下文中，但是cpu的本地中斷是處於打開狀態的，這表明此時嵌套中斷允許發生，不過這不要緊，因爲重要的處理已經完成，被嵌套的也只是軟件中斷部分而已。
這個也就是內核區分top和bottom兩個部分的初衷吧。
5. handle_fasteoi_irq
現代的中斷控制器通常會在硬件上實現了中斷流控功能，例如ARM體系中的GIC通用中斷控制器。對於這種中斷控制器，CPU只需要在每次處理完中斷後發出一個endofinterrupt（eoi），我們無需關注何時mask，何時unmask。不過雖然想着很完美，事情總有特殊的時候，所以內核還是給了我們插手的機會，它利用irq_desc結構中的preflow_handler字段，在正式處理中斷前會通過preflow_handler函數調用該回調。
- void
- handle_fasteoi_irq(unsigned int irq, struct irq_desc *desc)
- {
- raw_spin_lock(&desc->lock);
- if (unlikely(irqd_irq_inprogress(&desc->irq_data)))
- if (!irq_check_poll(desc))
- goto out;
- ......
- if (unlikely(!desc->action || irqd_irq_disabled(&desc->irq_data))) {
- desc->istate |= IRQS_PENDING;
- mask_irq(desc);
- goto out;
- }
- if (desc->istate & IRQS_ONESHOT)
- mask_irq(desc);
- preflow_handler(desc);
- handle_irq_event(desc);
- out_eoi:
- desc->irq_data.chip->irq_eoi(&desc->irq_data);
- out_unlock:
- raw_spin_unlock(&desc->lock);
- return;
- ......
- }
6. handle_percpu_irq
該函數用於smp系統，當某個irq只在一個cpu上處理時，我們可以無需用自旋鎖對數據進行保護，也無需處理cpu之間的中斷嵌套重入，所以函數很簡單：
- void
- handle_percpu_irq(unsigned int irq, struct irq_desc *desc)
- {
- struct irq_chip *chip = irq_desc_get_chip(desc);
- kstat_incr_irqs_this_cpu(irq, desc);
- if (chip->irq_ack)
- chip->irq_ack(&desc->irq_data);
- handle_irq_event_percpu(desc, desc->action);
- if (chip->irq_eoi)
- chip->irq_eoi(&desc->irq_data);
- }
7. handle_nested_irq
該函數用於實現其中一種中斷共享機制，當多箇中斷共享某一根中斷線時，我們可以把這個中斷線作爲父中斷，共享該中斷的各個設備作爲子中斷，在父中斷的中斷線程中決定和分發響應哪個設備的請求，在得出真正發出請求的子設備後，調用handle_nested_irq來響應中斷。所以，該函數是在進程上下文執行的，我們也無需掃描和執行irq_desc結構中的action鏈表。父中斷在初始化時必須通過irq_set_nested_thread函數明確告知中斷子系統：這些子中斷屬於線程嵌套中斷類型，這樣驅動程序在申請這些子中斷時，內核不會爲它們建立自己的中斷線程，所有的子中斷共享父中斷的中斷線程。
- void handle_nested_irq(unsigned int irq)
- {
- ......
- might_sleep();
- raw_spin_lock_irq(&desc->lock);
- ......
- action = desc->action;
- if (unlikely(!action || irqd_irq_disabled(&desc->irq_data)))
- goto out_unlock;
- irqd_set(&desc->irq_data, IRQD_IRQ_INPROGRESS);
- raw_spin_unlock_irq(&desc->lock);
- action_ret = action->thread_fn(action->irq, action->dev_id);
- raw_spin_lock_irq(&desc->lock);
- irqd_clear(&desc->irq_data, IRQD_IRQ_INPROGRESS);
- out_unlock:
- raw_spin_unlock_irq(&desc->lock);
- }