系统调用和中断处理的异同（以Linux MIPS为例）

在Linux下写一个驱动时候遇到的读操作性能问题，让我想一窥系统调用的处理流程，以查出问题的root cause。很多书把它和中断处理放在一起讲，但是又没有哪本书说清楚了，看来只有代码才能说明一切。以Linux系统下MIPS体系结构为例。

从开始说起。

1. 相关代码

 trap_init(void) /* 系统初始化：start_kernel中 */
     set_handler(0x180, &except_vec3_generic, 0x80);/*          except_vec3_generic 根据cause寄存器跳转到其若干类异常/中断处理函数中*/
     set_except_vector(, rollback ? rollback_handle_int :     handle_int);
     set_except_vector(, handle_tlbm);
         ... ...
     set_except_vector(, handle_sys);

当系统发现异常时，CPU将自动进入内核模式并禁止中断，同时将PC指针指向默认的地址(根据异常的不同将分别进入偏移地址为0x180 or 0x200的地方，这些在函数trap_init都有体现，上述代码没有一一贴出)。

异常号为8时进入系统调用的处理入口。

 /* 进入系统调用异常处理 */
 handle_sys
     SAVE_SOME
     STI                 #  进入内核模式并enable中断
     la    t1, sys_call_table
          ... ...

注意这里系统调用入口一开始就会enable中断。

而异常号为0时进入中断处理的入口。

 /* 进入中断异常处理 */
 handle_int
     SAVE_ALL
     CLI                #  进入内核模式并disable中断
 　　 plat_irq_dispatch  # 每种类型的CPU都有自己的实现
         do_IRQ
             generic_handle_irq /*处理用户注册的ISR，关中断进行 */
             irq_exit()
                 do_softirq   /*进入下半部处理（软中断） */
                     local_irq_enable /*仍然在中断上下文中，但是开中断*/
                     ... ... /*处理用户注册的下半部，
 Note：有可能在softirq内核线程中进行处理，所以下半部的处理并不总是在中断上下文中，但是下半部的思想就是允许中断嵌套*/

上面的代码描述了中断处理的框架，简要列出了处理中值得注意的地方。这里尤其注意中断处理入口一开始直接disable中断。

2. 结论

所以，系统调用和普通中断处理的异同在于：两者都是从同一个异常处理入口开始，但是系统调用会一开始让CPU进入内核模式且使能中断，然后从系统调用表中取得相应的注册函数调用之；而中断处理则让CPU进入内核模式且disable中断，继而调用do_IRQ函数。所以系统调用的真实处理（系统调用表中的注册函数执行）中可以阻塞，而中断处理的上半部不可以。所以在写驱动代码如字符设备驱动，实现读操作时是可以让其sleep的（比如没有数据时候，用户设置读模式是阻塞型的）。另一方面，如果该驱动读操作过于耗时也是不可取的，它在内核态中执行，这个时候只有中断的优先级比它高，其它的高优先级线程将不能得到及时调度执行。

另外，思考一下为什么在中断的下半部如tasklet中不能做阻塞的操作，而系统调用却可以？

首先，系统调用过程中阻塞意味着阻塞时（内核模式中）当前上下文放在当前线程栈中，同时系统调用所在线程状态改变（比如调用wait_event），下次改线程再次被调度后就可以从阻塞点继续run，这整个过程和一个普通线程阻塞并再次调度的过程是一样的，唯一的区别在于系统调用的阻塞点是在内核模式下。而下半部则不一样，作为中断处理的一个例程逻辑上不属于某个线程，所以它阻塞时第一不能改变当前线程的状态（而wait_semaphore之类的函数则会），其次它在阻塞的情况下再次run的点是在被中断线程再次被调度后，这也是不合理的，因为它不是该线程的一部分，凭什么让它的运行时间受限于该线程的调度时机？