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7/25/2019 TSO-Interrupciones.pdf

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TSO Interrupciones 2012

Taller de Sistemas Operativos

Interrupciones y Excepciones


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Agenda

Conceptos generales

Interrupciones

Excepciones

Lneas IRQs y PIC

Tabla de descriptores de interrupciones Manejadores de interrupciones

Manejador de excepciones

Bottom Halves Softirqs

Tasklets

Work Queues


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Conceptos generales

Las interrupciones pueden ser:

Sincrnicas: son las generadas por la CP! al ejecutar

instrucciones

"sincrnicas: son las generadas por otros dispositi#os y noest$n alineadas al clockdel siste%a

Intel designa co%o excepciones e interrupciones a las

sincrnicas o asincrnicas respecti#a%ente


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Interrupciones

Cuando una interrupcin es detectada por el procesador& sedebe parar la ejecucin de lo 'ue se estaba (aciendo yejecutar el cdigo correspondiente de atencin deinterrupciones

Esto genera un kernel control path& 'ue ejecuta en laestructura del proceso 'ue estaba ejecutando

Los registros de ejecucin son sal#ados en el Kernel ModeStackdel proceso interru%pido

El %anejador de ls interrupcin tiene su propio stac) de unap$gina *+ ,-.



Interrupciones

La atencin de interrupciones debe satis/acer:

Las interrupciones deben ser atendidas de /or%a r$pida

Toda tarea 'ue no sea necesaria se debe di/erir para otro

%o%ento 0ebe ser posible ejecutarlas en /or%a anidada

0eben ejecutar& todo lo 'ue sea posible& con las

interrupciones (abilitadas



Interrupciones

Intel proporciona una instruccin 'ue des(abilita lasinterrupciones 1en%ascarables2

3ay algunas 'ue no puede des(abilitar: 4o 1%ascarables2

Por lo general son errores de (ard5are

La flagIFdel registro EFLAGSdeter%ina si el estado de lasinterrupciones

Se garanti6a 'ue no se pierden interrupciones

Estas son generadas luego 'ue se (abiliten nue#a%ente



Excepciones

Las excepciones son generadas por: Errores en la progra%acin *p7ej7: di#isin por cero.

Condiciones an%alas *p7ej7: /allo de p$gina.

Si son de errores de progra%acin se le en#a una se8al alproceso 'ue las gener

El proceso debe capturar estas se8ales& sino se ejecuta elhandler por de/ecto 'ue /inali6ar$ la ejecucin

Si se da una condicin an%ala& el n9cleo deber$reestablecer la condicin para continuar la ejecucin



Excepciones

Las excepciones clasi/ican en: 0etectadas por el procesador

allos

Pueden ser corregidos y reto%an la ejecucin7 Se reto%a la

instruccin 'ue gener el /allo Traps

Es utili6ada& en %ayor %edia& para debugging

Aborts

!n error gra#e ocurri co%o un /allo del hardare Progra%adas

Son generadas por los progra%as al ejecutar la instruccin into

int3



Excepciones



Lneas IRQs y PIC

El siste%a cuenta con una unidad de (ard5are deno%inada

PIC *!rogrammable "nterrupt #ontroller. Los controladores de dispositi#os tienen una lnea *IRQ. de

conexin contra la controladora de interrupciones

La tarea de la controladora PIC se resu%e en:

Monitorear las lneas de las controladoras

Si una est$ encendida:

Poner disponible en los puertos *I;< ports. de la controladora datos para

el procesador7

En#iar una se8al al procesador7

Esperar a 'ue el procesador acuse la se8al generada a tra#=s de la

escritura en un puerto7

>ol#er al paso de %onitoreo



Lneas IRQs y PIC

El PIC es un c(ip progra%able

Se per%iten des(abilitar;(abilitar las lneas IRQ

Si est$n des(abilitadas& las interrupciones no se pierden

Posterior%ente& cuando el procesador (abilita la lnea& sele reportan las interrupciones

El c(ip soporta ? lneas y se conectan en cascada *@A

lneas.



Tala de descriptores de Interrupciones

Se de/ine una tabla global 'ue contiene la asociacin de las

interrupciones o excepciones con el handlercorrespondiente*I0T B "nterrupt $escriptor Table.

Existe un registro *idtr. 'ue tiene la direccin base de latabla y el largo

Es posible de/inir (asta AD entradas Se tiene tipos de descriptores:

Task gate

"nterrupt gate *interrupciones.

Trap gate*excepciones.

La tabla es creada al iniciarse el siste%a y luego los devicedrivers de los dispositi#os la actuali6an con los handlerscorrespondientes7


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!ane"adores de interrupciones

El device driverde los dispositi#os es el encargado de

registrar la rutina de interrupcin

Esta tarea in#olucra in#ocar la rutina:

int request_irq (

unsigned int irq,irq_handler_t handler,

unsigned long irqflags,

// IRQF_DISALED, IRQF_SA!"LE_RA#D$!, IRQF_%I!ER,

// IRQF_S&ARED

'onst 'har de)na*e,

)oid de)_id+


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El (andler tiene el cabe6al:irqreturn_t intr_handler(int irq, )oid de)_id+

ir': 49%ero de lnea de interrupcin

de#Fid: El 'ue se le paso cuando se declar el handler


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El cdigo debe ser bastante li%itado

Solo debera to%ar en cuenta copiar la in/or%acin a

%e%oria y liberar a la PIC7

La rutina no tiene necesidad de ser reentrante ya 'ue la

interrupcin 'ueda des(abilitada en todos los procesadores Es posible 'ue en una lnea se co%parta por #arios

dispositi#os7 En estos casos el siste%a in#ocar$ todas las

rutinas correspondientes y solo deber$ ejecutarse la del

dispositi#o adecuado La rutina tiene un stac) de una p$gina y& co%o se pueden

anidar& se debe (acer un uso lo %$s li%itado posible


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Camino de una interrupci#n


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E"ecuci#n del handler

irqreturn_t handle_IRQ_event(unsigned int irq, stru't irqa'tiona'tion

int status - .

int ret)al - 0

if (1(a'tion2flags 4 IRQF_DISALED++

lo'al_irq_ena5le(+ // desha5ilitadas 6or la 7"8

do status 9- a'tion2flags ret)al 9- a'tion2handler(irq, a'tion2de)_id+

a'tion - a'tion2ne:t

;


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$ailitaci#n de interrupciones

En el handler es posible des(abilitar las interrupciones en/or%a %o%ent$nea:

lo'al_irq_disa5le(+ / 'li /

=

lo'al_irq_ena5le(+ / sti /

Ta%bi=n es posible des(abilitar alguna interrupcin

espec/ica:

disa5le_irq(unsigned int irq+ena5le_irq(unsigned int irq+


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Interrupciones anidadas

Las interrupciones no tiene una jerar'ua

Cuando surgen deben ser atendida en /or%a in%ediata Es posible 'ue se aniden:

0e esta /or%a& se gana: Mayor /luide6 en el trabajo de los dispositi#os

Tener un %odelo de interrupciones sin pri#ilegios */acilita elcdigo& lo (ace portable.


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%ottom $alves

Las rutinas de atencin de interrupciones deben:

Ejecutar en /or%a asincrnica y& por lo tanto& interru%pir otro cdigo*incluso otras rutinas de atencin.

Ejecutar con su interrupcin des(abilitada y& en algunos casos& con todaslas interrupciones des(abilitadas7 Por lo 'ue deben ejecutar lo %$s r$pidoposible

Son bastante dependientes del tie%po ya 'ue trabajan con el (ard5are 4o corren en el contexto de un proceso& por lo 'ue no pueden blo'uearse

*no se pueden plani/icar.

La rutina de atencin de una interrupcin debe ejecutar y (acer lo%ni%o necesario& delegando para otro %o%ento las tareas 'ue

no re'uieran ser reali6adas cuando se genera la interrupcin La segunda parte ejecuta con todas las interrupciones (abilitadas


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%ottom $alves

>arios siste%as operati#os i%ple%entan el concepto de tophalfy bottom half

En el bottom halfse reali6an las tareas 'ue no re'uieran un

tie%po especi/ico para ejecutar o 'ue generen una

degradacin del siste%a

En Linux existen tres /or%as de ejecutar el bottom halfde una

interrupcin:

Softirqs

Tasklets

Work queues


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Softirqs

Los softirqsson co%piladas est$tica%ente en el siste%a

operati#o *>ernel/softirq?'. Linux soporta (asta softirq

El n9cleo solo i%ple%enta G *linu:/interru6t?h.:

&I_S$F%IRQ*prioridad H.

%I!ER_S$F%IRQ*prioridad @.

#E%_%@_S$F%IRQ*prioridad .

#E%_R@_S$F%IRQ*prioridad .

L$7_S$F%IRQ*prioridad +.

%ASLE%_S$F%IRQ*prioridad A.

S7&ED_S$F%IRQ*prioridad D.

Son reser#adas para tareas 'ue re'uieran un tie%po crtico*red& discos.


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E"ecuci#n de softirqs

Los softirqejecutan con las interrupciones (abilitadas y no

pueden blo'uearse En un procesador sola%ente ejecuta un softirq a la #e6 y solo

puede cortarse por una interrupcin

En un siste%a %ultiprocesador se per%iten 'ue ejecuten en

paralelo& incluso la %is%a rutina de atencin Es por eso necesario tener especial cuidado en proteger los

datos globales de la rutina

Los softirqdeben ser %arcadas antes de su ejecucin *raising

the softirq.

El handlerantes de /inali6ar su ejecucin %arca sucorrespondiente softirqpara 'ue sea ejecutada en el /uturo


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Las softirqpendientes son controladas y ejecutadas en: El retorno de un handler de una interrupcin *do_softirq.

El kernel thread>softirqd

En otras partes del cdigo del n9cleo 'ue #eri/ica si existen softirq

pendientes *ej7 subsiste%a de red.


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La ejecucin de los softirq se reali6a en la /uncin do_softirq:

6ending - lo'al_softirq_6ending(+

if(6ending+

stru't softirq_a'tion h

set_softirq_6ending(0+

h - softirq_)e'

do

if (6ending 4 .+

h2a'tion(h+

hBB

6ending - .

;


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Kernel thread ksoftirqd

Linux i%ple%enta un kernel thread *ksoftirqd. con nice H Esto per%ite 'ue& ante un potencial r$/aga de interrupciones&

los procesos de usuario puedan ejecutar

Por cada procesador se dispone de un ksoftirqd *ksoftirqd%n.

El kernel thread #eri/ica si existen so/tir' pendientes& en cuyocaso in#oca a la rutina doFso/tir'

Si no (ay pendientes& se blo'uea e in#oca al plani/icador para'ue asigne a otra tarea


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Tasklets

Son construidas sobre los softirq Son softirqdin$%icas

Se utili6an para tareas 'ue no re'uieren una urgencia de tie%po

Son representadas por &I_S$F%IRQ y %ASLE%_S$F%IRQen los

tipos de softirq Su estructura se de/ine co%o:

stru't tas>let_stru't

stru't tas>let_stru't ne:t // "rC:i*o de la lista

unsigned long state // Estado (S7&ED, R8#+

ato*i'_t 'ount // ( 0 desha5ilitada, 0 6ara ee'utar

)oid (fun'+ (unsigned long+ // "untero a fun'iCn

unsigned long data // argu*ento

;

Pl i&i i# d T kl


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Plani&icaci#n de Tasklets

Las Taskletsplani/icadas est$n en dos estructuras por procesador

*tas>let_)e'y tas>let_hi_)e'. La rutina 'ue plani/ica es tas>_s'hedule:

lo'al_irq_sa)e(flags+

t2ne:t - __get_'6u_)ar(tas>let_)e'+?list

__get_'6u_)ar(tas>let_)e'+?list - t

raise_softirq_irqoff(%ASLE%_S$F%IRQ+

lo'al_irq_restore(flags+

0es(abilita interrupciones locales para asegurarse 'ue ejecuta sola

Plani/ica la tarea *agrega a la estructura del procesador.

3abilita el T"S,LETFS


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E"ecuci#n de Tasklets

Las Taskletsse ejecutan a tra#=s de la rutina doFso/tir'

La rutina tas>_a'tion in#oca a todas las rutinaspendientes:

0es(abilitar las interrupciones

eri/icar si la taskletest$ ejecutando en otro procesador Si est$& cargarla nue#a%ente para una /utura ejecucin Si no est$& %arcar el estado co%o ejecutando para 'ue no se pueda

ejecutar en otro procesador >eri/icar si la taskletest$ (abilitada

Ejecutar la taskletcorrespondiente

W k Q


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Work Queues

Las ork queuesse di/erencian con los softirq y tasklets en:

Ejecutan en el contexto de un proceso& por lo tanto& puedenblo'uearse

Son ejecutadas a tra#=s de un orker thread

Linux pro#ee la creacin de nue#os orker thread*uno porprocesador o uno 9nico.

El orker threadpor de/ecto es el event& y existe uno porprocesador en el siste%a: event%'& event%( )

Son bastante 9tiles cuando la atencin consu%e bastante

tie%po y el trabajo se puede di/erir bastante en el tie%po Eje%plos:

reiserfs

*fslogd& *fsdatad

W k Q


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Work Queues

La estructura queue_stru'tcontiene los descriptores

'6u_


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Primitivas para administraci#n

Para %anipular una ork queue se tienen disponibles las

siguientes pri%iti#as: 'reate_queue

Recibe co%o par$%etro el no%bre del t(read

destro_queue

0estruye la 5or)'ueue queue_

"grega una /uncin en la ork queue

>eri/ica si ya est$ en la ork queue7 Si es as& retorna

Se agrega al /inal de la lista de pendientes de la_stru't

Si el orker threadest$ 1dur%iendo2 para la CP! local&entonces se lo despierta

'or( )ueues + - .-


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'or( )ueues * +,-,.-

Las 5or) 'ueues /ueron %odi/icadas a partir del )ernel 7D7D

para dis%inuir la cantidad de t(read del )ernel en ejecucin *y%e%oria utili6ada por las estructuras.

Se sustituyo por un conjunto de )ernel t(reads korker%','

Las tareas di/eridas son asignadas a los t(read a tra#=s de un

algorit%o 'ue intenta %antener un tarea ejecutando porprocesador7

Para crear una 5or)'ueue se sustituye la /uncincreateF5or)'ueue por la /uncin:

allo'_queue

Recibe co%o par$%etros el no%bre& tipo *REE4TR"4T&

!4-

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