SO2_wyklad

Systemy Operacyjne – semestr drugi

Wyk ad pi ty

Obs uga przerwa

Jednym z zada systemu operacyjnego jest komunikacja z urz dzeniami wej cia – wyj cia. Poniewa s one zazwyczaj du o wolniejsze od procesora, to zwykle nie

ż ą

oczekuje on na zako czenie przez nie dzia ania, mimo to powinien wiedzie kiedy taki moment nast pi. Jednym z rozwi za tej kwestii jest okresowe sprawdzanie

stanu takich urz dze , czyli tzw.

polling. Niestety, to rozwi zanie mo e prowadzi do sytuacji, w której system operacyjny mo e „przegapi ” informacj , któr przes a o

ł ł

urz dzenie. Lepszym rozwi zaniem jest zastosowanie systemu przerwa . Przerwanie jest sygna em dla procesora, e oto jakie urz dzenie zewn trzne wykona o swoj

prac i nale y je odpowiednio obs u y . Przerwania s najcz

ciej generowane asynchronicznie – mog pojawi si w dowolnym momencie pracy procesora. Ka de

ł ż ć

ęś

urz dzenie dysponuje po czeniem z

łą

kontrolerem przerwa . Kiedy chce zg osi przerwanie sygnalizuje to za pomoc tego w a nie po czenia. Kontroler powiadamia

ł ś

łą

o wyst pieniu przerwania procesor. Ka demu urz dzeniu jest równie przyporz dkowany numer przerwania, który pozwala okre li , które urz dzenie zg osi o

ś ć

przerwanie i jak to przerwanie nale y obs u y . Numer przerwania skojarzony jest z lini zg oszenia przerwania IRQ (

ł ż ć

ang. Interrupt Request). W komputerach

kompatybilnych z IBM PC cz

przerwa jest na sta e przypisana pewnym urz dzeniom, a cz

– w szczególno ci dla tych urz dze , które s pod czone z

ęść

łą

systemem

przez magistral PCI – jest przydzielana w sposób dynamiczny. Oprócz obs ugi urz dze zewn trznych system przerwa pozwala na obs ug sytuacji wyj tkowych.

Z ka dym przerwaniem, które jest skojarzone z urz dzeniem lub wyj tkiem zwi zana jest procedura obs ugi takiego przerwania (

ang. interrupt handler lub interrupt

service routine – ISR). W przypadku Linuksa procedury te s po prostu funkcjami napisanymi w j zyku C i umieszczonymi w sterowniku danego urz dzenia lub

w cz

ci j dra odpowiedzialnej za obs ug wyj tku. Ka da z takich funkcji jest napisana zgodnie z okre lonym prototypem. Od zwyk ych funkcji ró ni je jedynie to, e

ęś

wykonywane s w kontek cie przerwania i wy cznie w reakcji na pojawienie si sytuacji krytycznej lub sygna u od urz dzenia. Procedura obs ugi przerwania

łą

wywo ywana jest w sposób asynchroniczny i dlatego wa nym jest, aby jej wykonanie zosta o zako czone w jak najkrótszym czasie. Z tego powodu kod obs ugi przerwa

jest podzielony na dwie cz

ci zwane

ęś

górną po ówk

ą i doln po ówk

ą. Górna po ówka wykonuje wszystkie czynno ci, których wykonanie jest konieczne zaraz po

odebraniu sygna u przerwania, przede wszystkim powiadamia urz dzenie o przyj ciu przerwania. Po ówka dolna realizuje wszystkie te czynno ci, których wykonanie

mo na odroczy na pewien czas. Zazwyczaj jednak po ówki dolne s wykonywane zaraz po wykonaniu po ówek górnych.

Ka da procedura obs ugi przerwania musi zosta zarejestrowana za po rednictwem funkcji

request_irq, która kojarzy funkcj z przerwaniem i uaktywnia dan lini :

int request_irq(unsigned int irq, irqreturn_t (*handler)(int, void *, struct pt_reqs *), unsigned long irqflags, const char *devname, void *dev_id)

Pierwszy parametr okre la numer przerwania, drugi jest wska nikiem na procedur obs ugi przerwania, trzeci parametr albo jest zerem, albo mask bitow mog c si

ą ą

sk ada z trzech znaczników: SA_INTERRUPT – okre la czy dana procedura jest szybk procedur obs ugi przerwania, je li tak, to jest ona wykonywana przy

wy czonych wszystkich przerwaniach w

łą

systemie. Obecnie wymaga tego jedynie procedura obs ugi przerwania zegarowego, SA_SAMPLE_RANDOM – okre la, czy

przerwanie zasili pul entropii j dra, SA_SHIRQ – okre la mo liwo wspó dzielenia linii przerwania z innymi procedurami obs ugi przerwa . Ka da z nich musi by

ść

rejestrowana z tym znacznikiem ustawionym. Czwarty parametr, to nazwa urz dzenia, która jest u ywana w katalogu

/proc/irq i w pliku /proc/interrupts. Ostatni

parametr jest u ywany w obs udze linii wspó dzielonych. Pozwala on na zwolnienie linii z tylko jednej procedury obs ugi. Je li linia nie jest wspó dzielona

przekazywana jest warto NULL, ale w przypadku linii wspó dzielonych przekazywany jest wska nik na struktur sterownika, która mo e by wykorzystywana przez

ść

procedury obs ugi przerwa . Funkcja

request_irq() zwraca zero, je li jej wykonanie zako czy si sukcesem. Dosy powszechnym b dem jest b d -EBUSY. Funkcja ta

łę

łą

mo e ulega blokowaniu, wi c nie mo e by u yta w kontek cie przerwania.

ć ż

Komplementarn do

request_irq() jest funkcja free_irq():

void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id)

Funkcja ta zwalnia lini IRQ okre lon warto ci parametru „irq”. W przypadku linii wspó dzielonych konieczne jest okre lenie urz dzenia, gdy z linii usuwana jest

ś ą

tylko procedura zwi zana z tym urz dzeniem. W przypadku linii niewspó dzielonych mo na przekaza NULL.

Funkcje obs ugi przerwa s definiowane wed ug nast puj cego prototypu:

ń ą

static irqreturn_t intr_handler(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs)

Pierwszy parametr okre la numer linii przerwania. Drugi jest unikaln warto ci identyfikuj c urz dzenie, które wspó dzieli z innymi urz dzeniami lini przerwania.

ś ą

ą ą

T warto ci mo e by adres struktury sterownika, który jest tak e przydatny podczas dzia ania funkcji. Ostatni parametr jest wska nikiem na struktur

ś ą

przechowuj c stan rejestrów procesora sprzed wywo ania procedury obs ugi przerwania. Nie wymaga si , aby funkcje te by y wielobie ne, gdy wywo anie funkcji

ą ą

powoduje zablokowanie linii z ni zwi zanej. Funkcje te mog zwraca dwie warto ci: IRQ_HANDLED i IRQ_NONE. W ich miejsce mo na wykorzysta makrodefinicj

IRQ_RETVAL(x), która zwraca IRQ_HANDLED je li

x jest ró ny od zera i IRQ_NONE w przeciwnym przypadku. Typ warto ci zwracanej przez funkcj zosta

wprowadzony celem zachowania kompatybilno ci z poprzednimi wersjami j dra.

Procedury obs ugi przerwa s wywo ywane w kontek cie przerwania, co oznacza, e nie s dozwolone w nich wywo ania funkcji blokuj cych oraz nie jest wa na

ń ą

warto

(

ść ang. invalid) zwracana przez makrodefinicj

ę current. Procedury obs ugi przerwania musz wykonywa si szybko, aby nie blokowa kolejnych zg osze

przerwania na tej samej linii. Korzystaj one ze stosu j dra, który jest ograniczony do 8KB w 32 – bitowych architekturach PC i do 16KB w 64 – bitowych

architekturach Alpha.

W chwili otrzymania zg oszenia przerwania j dro zapami tuje bie

ce warto ci rejestrów na stosie i wywo uje funkcj

żą

ę do_IRQ(). Ta funkcja odczytuje numer

przerwania z warto ci rejestrów od o onych na stosie, a nast pnie potwierdza przyj cie przerwania i

ł ż

blokuje lini z nim zwi zan wywo uj c

ł ą mask_and_ack_8259A()

Dalej do_IRQ() sprawdza, czy linia posiada jak

zarejestrowan procedur obs ugi i czy nie jest ona w danej chwili wykonywana. Kolejn czynno ci jest wywo anie

ąś

ś ą

handle_IRQ_event(). Ta funkcja przegl da list wszystkich procedur zwi zanych z dan lini i po kolei je uruchamia. Je li jest ustawiony znacznik

SA_SAMPLE_RANDOM, to wywo uje równie

ż add_interrupt_randomness(), po czym ko czy swe dzia anie i sterowanie wraca do

do_IRQ(), która porz dkuje stos

i wywo uje

ret_from_intr(). Ta ostatnia wykonuje czynno ci zwi zane z przywróceniem pracy procesu u ytkownika b d kodu j dra.

ą ź

Informacje statystyczne na temat przerwa obs ugiwanych przez poszczególne procesory w systemie mo na znale w

źć

pliku /proc/interrupts. S tam informacje o

liczbie

obs u onych przerwa , na danej linii, o urz dzeniu, które jest skojarzone z t lini , oraz o kontrolerze przerwa , który obs uguje zg oszenie danego przerwania.

ł ż

Do obs ugi systemu przerwa w j drze zdefiniowano nast puj ce funkcje:

local_irq_disable() - wy cza lokalny (dla jednego procesora) system przerwa ,

łą

To odnosi si tylko do komputerów klasy PC.