IRQ 内核源码深度解析
📌 源码：git@github.com:torvalds/linux.git, torvalds/master, eb3f4b7426cf (v7.1-rc5-26)
系列目录
架构总览
┌───────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Linux IRQ 处理全流程 │
├───────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ 硬件中断 │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌──────────────┐ CPU 架构入口 (arch_entry) │
│ │ arch entry │ 例如 x86: common_interrupt → do_IRQ │
│ │ │ arm64: el1_irq → gic_handle_irq │
│ └──────┬───────┘ │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌──────────────────┐ 中断域分发 │
│ │ handle_arch_irq │ set_handle_irq() 设置的架构级回调 │
│ └──────┬───────────┘ │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌────────────────────────┐ 通用中断进入点 │
│ │ generic_handle_irq_desc│ 根据 irq 号在稀疏 radix tree 中查找 irq_desc │
│ │ → generic_handle_irq │ irqdesc.h:184, irqdesc.c:688 │
│ └──────┬─────────────────┘ │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌──────────────────┐ 流控处理 (Flow Handler) │
│ │ desc->handle_irq │ 根据触发类型分发： │
│ │ │ handle_level_irq → mask_ack → ISR → unmask │
│ │ │ handle_edge_irq → ack → ISR │
│ │ │ handle_fasteoi_irq → ISR → eoi │
│ └──────┬───────────┘ │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌──────────────────┐ 中断事件处理 │
│ │ handle_irq_event │ 遍历 action 链表，调用每个 handler │
│ │ │ + add_interrupt_randomness() │
│ └──────┬───────────┘ │
│ │ │
│ ├──► action->handler() 用户注册的 ISR │
│ ├──► action->thread_fn() 线程化中断 (如果 IRQF_ONESHOT) │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌──────────────────┐ 虚假中断检测 │
│ │ note_interrupt() │ 统计 IRQ_NONE 次数，超过阈值则禁用+轮询 │
│ └──────┬───────────┘ │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌──────────────────┐ │
│ │ 设置软中断标志 │ raise_softirq_irqoff(TIMER_SOFTIRQ / │
│ │ │ NET_RX_SOFTIRQ / TASKLET_SOFTIRQ / ...) │
│ └──────┬───────────┘ │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌──────────────────┐ irq_exit() 中检查 │
│ │ irq_exit → │ if (in_interrupt()) return; │
│ │ invoke_softirq() │ if (pending softirqs) → __do_softirq() │
│ └──────┬───────────┘ │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌──────────────────┐ 软中断处理 (softirq processing) │
│ │ __do_softirq() │ 遍历 softirq_vec[], 最多处理 max_restart=10 轮 │
│ │ │ → net_rx_action │
│ │ │ → tasklet_action → 执行 tasklet 链表 │
│ │ │ → timer_handler (TIMER_SOFTIRQ) │
│ │ │ → rcu_process_callbacks (RCU_SOFTIRQ) │
│ └──────┬───────────┘ │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌──────────────────┐ ksoftirqd 守护线程 │
│ │ ksoftirqd/n │ 如果 __do_softirq 处理不完，唤醒 ksoftirqd 继续 │
│ └──────────────────┘ │
│ │
└───────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
核心数据结构关系
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ struct irq_desc │
│ ┌───────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ struct irq_common_data (irq.h:149) │ │
│ │ unsigned int state_use_accessors; // IRQD_* 状态位 │ │
│ │ unsigned int node; // NUMA node │ │
│ │ void *handler_data; // chip 私有数据 │ │
│ │ struct msi_desc *msi_desc; // MSI 描述符 │ │
│ │ cpumask_var_t affinity; // CPU 亲和性 │ │
│ ├───────────────────────────────────────────────────────────────────┤ │
│ │ struct irq_data (irq.h:181) │ │
│ │ u32 mask; // 寄存器访问掩码 │ │
│ │ unsigned int irq; // Linux IRQ 号 │ │
│ │ unsigned long hwirq; // 硬件 IRQ 号 │ │
│ │ struct irq_chip *chip; // 底层控制器 │ │
│ │ struct irq_domain *domain; // 所属中断域 │ │
│ ├───────────────────────────────────────────────────────────────────┤ │
│ │ unsigned int irq_count; // 中断计数 (deprecated) │ │
│ │ struct irqaction *action; // ISR 链表头 │ │
│ │ unsigned int depth; // disable 嵌套深度 │ │
│ │ unsigned int wake_depth; // wake depth │ │
│ │ raw_spinlock_t lock; // 自旋锁保护 │ │
│ │ wait_queue_head_t wait_for_threads; // 线程等待队列 │ │
│ │ unsigned int threads_oneshot; // oneshot 线程计数 │ │
│ │ struct mutex request_mutex; // request/free 互斥锁 │ │
│ │ irq_flow_handler_t handle_irq; // 流控处理函数指针 │ │
│ │ struct proc_dir_entry *dir; // /proc/irq/N/ 目录 │ │
│ │ struct kstat_irqs *kstat_irqs; // per-CPU 统计 │ │
│ └───────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
前置知识
- 中断基础知识：硬件中断、中断向量、中断控制器 (PIC/APIC/GIC)
- 内核模块开发基础：ISR 编写、内核线程
- Linux 内核基础：自旋锁、原子操作、per-CPU 变量
关键源文件索引
| 文件 |
内容 |
include/linux/interrupt.h |
irqaction, request_irq/free_irq, IRQF_* flags |
include/linux/irq.h |
irq_common_data, irq_data, irq_chip, IRQD_* 状态位 |
include/linux/irqdesc.h |
struct irq_desc, irq_to_desc, 稀疏树 |
include/linux/irqhandler.h |
irq_flow_handler_t |
kernel/irq/manage.c |
request_threaded_irq, __setup_irq, free_irq, irq_thread |
kernel/irq/chip.c |
handle_level_irq, handle_edge_irq, handle_fasteoi_irq |
kernel/irq/handle.c |
__handle_irq_event_percpu, handle_irq_event |
kernel/irq/irqdesc.c |
irq_to_desc, alloc_desc, generic_handle_irq |
kernel/irq/proc.c |
show_interrupts, /proc/irq/ 文件系统 |
kernel/irq/spurious.c |
note_interrupt, poll_spurious_irqs |
kernel/softirq.c |
__do_softirq, tasklet_action, raise_softirq |
kernel/irq/cpuhotplug.c |
irq_calc_affinity_vectors 等 CPU 热插拔 |
kernel/irq/msi.c |
MSI 域操作 |
kernel/irq/pm.c |
中断电源管理 |
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