1、中斷屏蔽思想

中斷屏蔽，正如其名，屏蔽掉CPU的中斷響應功能，解決并發引起的競態問題。

在進入臨界區前屏蔽中斷，這么做有什么好處，以及有什么弊端？

好處在于 ：

• 保證在執行臨界區代碼時，不被中斷所打斷
• 同時，系統的進程調度與中斷息息相關，同時也限制了系統進程的并發，解決了系統進程并發帶來的競態問題。

弊端在于 ：

• Linux內核中，除了系統進程調度依賴中斷，還有一些異步I/O等眾多操作都依賴中斷，因此長時間屏蔽中斷是很危險的，會對系統造成嚴重影響，因此也要求臨界區代碼要簡短。
• 關閉中斷能夠解決進程調度、中斷引發的競態，但是這些都是單CPU內部的，對于SMP對稱多處理器，仍然不可避免的會收到其他CPU的中斷。因此，并不能解決SMP多CPU引發的競態

因此，單獨使用中斷屏蔽通常不是一種值得推薦的避免競態的方法

2、Linux內核中斷屏蔽的實現

2.1 Linux內核提供的API接口

關于中斷屏蔽，Linux內核所提供的接口如下：

local_irq_enable()    // 使能本CPU的中斷
local_irq_disable()    // 禁止本CPU的中斷
local_irq_save(flags)   // 禁止本CPU的中斷，并保存CPU中斷位的信息
local_irq_restore(flags)  // 使能本CPU的中斷，并恢復CPU中斷位的信息
local_bh_disable(void)   // 禁止本CPU底半部中斷
local_bh_enable(void)      // 使能本CPU底半部中斷

2.2 API接口實現分析

因為中斷屏蔽與底層芯片架構有關，不同架構處理方式不同，我們以ARM為例

2.2.1 local_irq_enable

#define local_irq_enable() do { raw_local_irq_enable(); } while (0)

#define raw_local_irq_enable()  arch_local_irq_enable()

#define arch_local_irq_enable arch_local_irq_enable
static inline void arch_local_irq_enable(void)
{
 asm volatile(
  " cpsie i   @ arch_local_irq_enable"
  :
  :
  : "memory", "cc");
}

函數介紹 ：local_irq_enable函數用于將CPSR寄存器中的中斷使能位設為1，從而使得CPU能夠響應中斷。

相關實現 ：

asm：聲明一個內聯匯編表達式

cpsie i：匯編指令，設置CPSR寄存器的I位，來允許本CPU響應中斷。

memory：向匯編說明，此處內存發生了更改，類似于內存屏障的作用

cc：表示可能會修改條件碼的標志

2.2.2 arch_local_irq_disable

#define arch_local_irq_disable arch_local_irq_disable
static inline void arch_local_irq_disable(void)
{
 asm volatile(
  " cpsid i   @ arch_local_irq_disable"
  :
  :
  : "memory", "cc");
}

函數介紹 ：arch_local_irq_disable函數用于將CPSR寄存器中的中斷使能位設為0，從而禁止CPU響應中斷。

相關實現 ：同上

• cpsid：是匯編指令，用于清除CPSR寄存器的中斷標志，以禁止中斷！

2.2.3 arch_local_irq_save

#define arch_local_irq_save arch_local_irq_save
static inline unsigned long arch_local_irq_save(void)
{
 unsigned long flags;

 asm volatile(
  " mrs %0, " IRQMASK_REG_NAME_R " @ arch_local_irq_save\\n"
  " cpsid i"
  : "=r" (flags) : : "memory", "cc");
 return flags;
}

函數介紹 ：arch_local_irq_save函數，用于保存當前中斷狀態并禁用中斷。

相關實現 ：

mrs %0 IRQMASK_REG_NAME_R：mrs指令將由IRQMASK_REG_NAME_R宏指定的IRQMASK寄存器的值移動到flags變量中。

2.2.4 arch_local_irq_restore

/*
 * restore saved IRQ & FIQ state
 */
#define arch_local_irq_restore arch_local_irq_restore
static inline void arch_local_irq_restore(unsigned long flags)
{
 asm volatile(
  " msr " IRQMASK_REG_NAME_W ", %0 @ local_irq_restore"
  :
  : "r" (flags)
  : "memory", "cc");
}

函數介紹 ：arch_local_irq_restore函數，用于恢復當前中斷狀態并打開中斷。

相關實現 ：同上

關于local_bh_disable和local_bh_enable兩個接口，涉及到中斷底半部機制，內容較為復雜，放在后面單獨拆解！

3、總結

該篇文章，主要了解以下幾點：

1. 中斷屏蔽的思想
2. 中斷屏蔽的好處與不足
3. Linux內核提供的中斷屏蔽接口
4. 中斷屏蔽的基本匯編實現