Linux 抢占机制与中断状态机

中断状态机

对于 GIC-V2 而言，中断的状态机由 Distributor 维护，每个中断都有一个状态机。

Inactive ：中断未激活（未发生）。

Pending：中断到达 GIC ，等待 CPU 的处理。

Active：中断得到 CPU 的应答，中断被CPU处理。

Active and pending ：某个中断正在被 CPU 处理，这时候该中断又来了。

来看一个例子：

（a）N 和 M 用来标识两个外设中断，N 的优先级大于 M

（b）两个中断都是 SPI 类型，level trigger，active-high

（c）两个中断被配置为去同一个 CPU

（d）都被配置成 group 0，通过 FIQ 触发中断

Linux 抢占机制

GIC中断控制器支持中断优先级抢占，一个高优先级中断可以抢占一个低优先级且处于active状态的中断，即GIC仲裁单元会记录和比较当前优先级最高的pending状态，然后去抢占当前中断，并且发送这个最高优先级的中断请求给CPU。

从GIC角度看，GIC会发送高优先级中断请求给CPU。但是CPU不一定响应！！！因为在中断处理过程中，CPU处于关中断状态（关闭本CPU），需要等低优先级中断处理完毕，直到发送EOI 给GIC，然后CPU才会响应pending状态中优先级最高的中断进行处理。所以 Linux 下：

1、高优先级中断无法抢占正在执行的低优先级中断。

2、同处于 pending 状态的中断，优先响应高优先级中断进行处理。

3、同优先级同是 pending 状态的中断，选择硬件中断号 ID 最小的一个发给CPU。

这样是可以理解的，如果万一中断大量爆发，中断如果允许嵌套的话，栈会越来越大，会爆掉，所以为了防止这种情况发生，Linux中中断不允许嵌套，单CPU中，在一个中断处理完之前，不会相应另外一个中断，哪怕优先级比它高。

FreeRTOS 中是允许高优先级中断抢占正在执行的低优先级中断，不同系统设定不一样。

中断与进程

进程调度是一个复杂的机制， 根据需求的不同，在不同时刻会切换调度机制，CPU会根据进程优先级、时间片等信息，对不同进程进行调度。

中断可以打断进程的运行，任意一个中断的优先级都比所有的进程高。

在中断处理过程中，主要是 GIC 和 CPU 的交互，即便 GIC 支持高优先级中断抢占正在执行的低优先级中断，发信号给 CPU core，但是CPU core 可以不处理，因为 Linux 中当 CPU core 执行中断处理时，是关中断和关抢占的状态，不再相应中断信号。

也就意味着，在中断优先级这个概念中，只有当 GIC 同时存在多个 pending的中断，这时候会选择优先级最高的去执行，高优先级会抢占低优先级中断（哪怕低优先级先来）。如果低优先级中断处于 active
状态，是不可以被抢占的，这是前后关系。抢占只存在于同时是pending 状态的时候。