多核处理器如何处理中断?
我知道单核处理器如何处理中断。 我也知道不同类型的中断。 我想知道多核处理器如何处理硬件、程序、CPU 时序和输入/输出中断
这应该被视为另一个答案的延续或扩展。
大多数多处理器支持可编程中断控制器,如英特尔的 APIC。这些是由许多组件组成的复杂芯片,其中一些可能是芯片组的一部分。在引导时,所有 I/O 中断都传送到内核 0(引导处理器)。然后,在 APIC 系统中,操作系统可以为每个中断指定哪个内核应处理该中断。如果指定了多个内核,则意味着由 APIC 系统决定哪些内核应处理传入的中断请求。这称为中断关联。已经为操作系统和硬件提出了许多调度算法。一种明显的技术是通过以循环方式调度中断来对系统进行负载平衡。另一种是英特尔的这种技术,它试图平衡性能和功耗。
在 Linux 系统上,您可以打开/proc/interrupts
以查看每个内核处理了多少每种类型的中断。该文件的内容在具有 8 个逻辑内核的系统上可能如下所示:
CPU0 CPU1 CPU2 CPU3 CPU4 CPU5 CPU6 CPU7
0: 19 0 0 0 0 0 0 0 IR-IO-APIC 2-edge timer
1: 1 1 0 0 0 0 0 0 IR-IO-APIC 1-edge i8042
8: 0 0 1 0 0 0 0 0 IR-IO-APIC 8-edge rtc0
9: 0 0 0 0 1 0 0 2 IR-IO-APIC 9-fasteoi acpi
12: 3 0 0 0 0 0 1 0 IR-IO-APIC 12-edge i8042
16: 84 4187879 7 3 3 14044994 6 5 IR-IO-APIC 16-fasteoi ehci_hcd:usb1
19: 1 0 0 0 6 8 7 0 IR-IO-APIC 19-fasteoi
23: 50 2 0 3 273272 8 1 4 IR-IO-APIC 23-fasteoi ehci_hcd:usb2
24: 0 0 0 0 0 0 0 0 DMAR-MSI 0-edge dmar0
25: 0 0 0 0 0 0 0 0 DMAR-MSI 1-edge dmar1
26: 0 0 0 0 0 0 0 0 IR-PCI-MSI 327680-edge xhci_hcd
27: 11656 381 178 47851679 1170 481 593 104 IR-PCI-MSI 512000-edge 0000:00:1f.2
28: 5 59208205 0 1 3 3 0 1 IR-PCI-MSI 409600-edge eth0
29: 274 8 29 4 15 18 40 64478962 IR-PCI-MSI 32768-edge i915
30: 19 0 0 0 2 2 0 0 IR-PCI-MSI 360448-edge mei_me
31: 96 18 23 11 386 18 40 27 IR-PCI-MSI 442368-edge snd_hda_intel
32: 8 88 17 275 208 301 43 76 IR-PCI-MSI 49152-edge snd_hda_intel
NMI: 4 17 30 17 4 5 17 24 Non-maskable interrupts
LOC: 357688026 372212163 431750501 360923729 188688672 203021824 257050174 203510941 Local timer interrupts
SPU: 0 0 0 0 0 0 0 0 Spurious interrupts
PMI: 4 17 30 17 4 5 17 24 Performance monitoring interrupts
IWI: 2 0 0 0 0 0 0 140 IRQ work interrupts
RTR: 0 0 0 0 0 0 0 0 APIC ICR read retries
RES: 15122413 11566598 15149982 12360156 8538232 12428238 9265882 8192655 Rescheduling interrupts
CAL: 4086842476 4028729722 3961591824 3996615267 4065446828 4033019445 3994553904 4040202886 Function call interrupts
TLB: 2649827127 3201645276 3725606250 3581094963 3028395194 2952606298 3092015503 3024230859 TLB shootdowns
TRM: 169827 169827 169827 169827 169827 169827 169827 169827 Thermal event interrupts
THR: 0 0 0 0 0 0 0 0 Threshold APIC interrupts
DFR: 0 0 0 0 0 0 0 0 Deferred Error APIC interrupts
MCE: 0 0 0 0 0 0 0 0 Machine check exceptions
MCP: 7194 7194 7194 7194 7194 7194 7194 7194 Machine check polls
ERR: 0
MIS: 0
PIN: 0 0 0 0 0 0 0 0 Posted-interrupt notification event
PIW: 0 0 0 0 0 0 0 0 Posted-interrupt wakeup event
第一列指定中断请求 (IRQ) 编号。所有正在使用的 IRQ 号码都可以在列表中找到。文件/proc/irq/N/smp_affinity
包含指定 IRQ N 相关性的单个值。应根据 APIC 的当前操作模式来解释此值。
逻辑内核可以接收多个 I/O 和 IPI 中断。此时,将进行本地中断调度,这也可以通过为中断分配优先级来配置。
其他可编程中断控制器也类似。
通常,这取决于您正在测试的特定系统。
更广泛的方法是在每个处理器1中都有一个特定的芯片,该芯片以静态或动态方式2分配一个唯一的 ID,该 ID 可以通过共享或专用总线发送和接收中断。这些 ID 允许特定处理器成为中断的目标。
在处理器A上运行的代码可以要求其中断芯片在处理器B上发出中断,当发生这种情况时,一条消息沿着上述总线发送,路由到处理器B,在那里相对中断芯片拾取它,对其进行解码并引发相应的中断。
在系统级别,存在一个或多个通用中断控制器,用于将中断请求从IO设备(在任何总线中)路由到处理器。
这些控制器是可编程的,操作系统可以在所有处理器之间平衡中断负载(或实施任何其他方便的策略)。
这是最灵活的方法,有线方法也是可能的。
在这种情况下,处理器 A 信号直接连接到处理器 B 输入,反之亦然;断言这些信号会导致目标处理器中断。
一般概念称为处理器间中断 (IPI)。
x86 架构紧随第一种方法3(但请注意命名法,处理器有不同的含义)。
其他体系结构可能不是,例如使用有线方法的 IBM OS/360 M65MP4。
软件生成的中断只是程序中的指令,每个处理器执行自己的指令流,因此如果程序X在处理器A上运行时产生异常,则由处理器A处理它。
任务调度通常分布在所有处理器上(这就是Linux所做的。
计时通常由提供硬件计时器中断的指定处理器完成。
情况并非总是如此,我没有看过现代操作系统实现的确切细节。
1通常是一个集成芯片,因此我们可以将其视为处理器的功能单元。
2通过开机协议。
3实际上,这是反向因果关系。
4我正在遵循维基百科的例子。