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show_interrupts函数的进一步解析及irq_desc结构体

news 2025/9/22 9:23:08

一、背景

中断的信息在分析一些系统稳定性问题时比较关键，比如某些中断在开机到现在总共收到了多少次，在某个时间段内，某些中断增加收到了多少次，这些信息，如果都是通过 cat /proc/interrupts来获取有时候就显得有点低效和不灵活，所以有需要自己去获取这些中断信息的需求。

在之前的博客 show_interrupts函数及nr_irqs 里，我们分析了show_interrupts函数，主要侧重于介绍show_interrupts函数作为proc_create_seq创建proc节点所需要的seq_operations的ops里的.show函数其有关的细节，另外，还介绍了不同平台的nr_irqs这个EXPORT_SYMBOL_GPL的这个中断有关的重要的全局变量的值变动的情况，这个nr_irqs也决定了show_interrupts函数进入的总次数。

在这篇博客里，我们继续介绍show_interrupts函数的实现，借此了解中断子系统里的另外一个重要的结构体irq_desc结构体，以及与irq_desc结构体有关的一些细节。

二、show_interrupts函数的进一步展开介绍及irq_desc结构体

2.1 show_interrupts函数的进一步介绍

2.1.1 show_interrupts函数先会根据传入的项序号区分来打印普通中断还是arch相关的特殊中断

show_interrupts函数一开始，会区分当前要打印的项的序号是ACTUAL_NR_IRQS还是小于ACTUAL_NR_IRQS，ACTUAL_NR_IRQS就是nr_irqs（具体见之前的博客 show_interrupts函数及nr_irqs）。

如果是show_interrupts函数这一次进入要打印的项的序号是ACTUAL_NR_IRQS，则表示要打印arch相关的中断，这些中断与具体的平台相关，不同的平台实现完全不同。

比如下图的arm64平台，看似都是核间通讯相关的中断：

而x86平台，如下图，则显得种类庞杂：

2.1.2 irq_to_desc根据irq找到irq_desc

跳过下图里的之前的 show_interrupts函数及nr_irqs 博客里的 2.1.3 一节里讲到的用来计算与显示的栏目及显示的宽度有关的逻辑：

之后，就是下图里的irq_to_desc这个去根据irq的number找到对应的irq_desc结构体：

这里的irq_to_desc在较新版本的内容是用的maple tree来实现，maple tree出现主要是用来替换红黑树，maple tree作为一个支持用rcu锁来低并发竞争的一套机制，替换了内核里不少原本使用红黑树+双向链表的地方。

这里irq_to_desc用maple tree来替换原来的bitmap和radix tree的原因如下：

翻译一下，是两个原因，一个是现有机制上限比较低，不能满足可能越来越多的中断数量的机器的需求，另一个原因是用maple tree可以提供一个机制用来找到空闲的范围，来移除这个硬编码的上限限制。

irq_to_desc的老版本和新版本的实现对比如下：

老版本：

新版本：

回到show_interrupts的逻辑里，要注意，通过irq_to_desc拿到irq_desc的指针后，也要判断是否是NULL，以及irq_settings_is_hidden：

2.1.3 判断kstat_irqs这个per_cpu是否分配，若分配则统计看该终端是否有计数

如下图，进行kstat_irqs的判断：

kstat_irqs是一个per_cpu变量，要进行alloc_percpu的分配，如下图，是在alloc_desc里进行的分配：

如果kstat_irqs有分配，则用any_count这个变量来统计看是否有cpu上有这个中断的计数：

如上图看到，这个any_count临时变量在统计时用了 |= 的运算，而不是+=的运算，是可以加速运算，因为any_count只用于判断是否有计数，而不是用来计算总计数。

2.1.4 考虑级联中断的场景

回到下图里的这个判断：

desc->action是指中断触发时对应的要执行的回调函数（用户注册的中断处理函数），为什么有(!desc->action)和irq_desc_is_chained(desc)这个组合的||的判断，因为一个irq_desc实例可能有两种情况，一种是它本身就对应一个中断“叶子”节点，用“叶子”是方便描述中断级联的情况，由于有级联的情况，某些irq_desc并不是最终的中断“叶子”节点，而是一个级联的根节点，这时候，它就不应该有用户注册的中断处理函数，也就是desc->action是NULL，或者desc->action是一个故意的错误的handler，也就是这个irq_desc_is_chained的逻辑里进行的判断：

如上图里的注释，级联的中断的根节点的这个desc->action这个回调是不应该也不能被调用的。

有关级联中断场景相关的更多的介绍见后续的博客。

2.1.5 有关中断的描述信息的打印

接下来就是下面这一长段的用来打印中断实际是啥的打印了：

与之有关的实验有下面 3.1 和 3.2，有关irq_desc的name及irq_desc的其他描述中断是啥的打印。

2.2 irq_desc结构体

irq_desc是内核终端子系统里的核心结构体，为什么说它是核心，因为它与中断子系统的其他几个重点的结构体都有关联。

2.2.1 irq number即virq，与hwirq，及irq_data

linux irq number也被称为virq，是linux里管理irq处理的一个核心的number序号。不同于hwirq，irq number它是不重复的。

hwirq顾名思义，就是硬件的irq，它是可能重复的。由于它会重复，所以，linux需要用irq number即virq去重新进行按需排列，进行逻辑上的区分，除以以外，还得用一个小模块来关联irq number和hwirq，这个模块就是以后的博客里会讲到的 irq_domain（irq_domain的函数在irq_alloc_desc API的基础上增加了hwirq和irq number之间的映射）。

回到这里讲的irq_desc结构体里来，有关hwirq的数值在irq_desc结构体里也是有记录的，记录在irq_data里：

2.2.2 irq_data.chip打印出中断控制器的芯片名字

在下面 3.2 的实验里有得出，大部分走的分支是用的desc->irq_data.chip->name进行打印中断控制器芯片的名字（下图里的分支逻辑）：

2.2.3 irq_desc的name

从下面 3.2 的实验情况来看，irq_desc的name这个field，无有效信息。无论在x86平台还是arm64平台，都无法通过这个name来理解到底是哪个具体的中断，x86平台基本name都是"edge"，arm64平台都是NULL。

在x86平台，下图里的CONFIG_GENERIC_IRQ_SHOW_LEVEL一般并没有开：

所以通过desc->name来打印这个edge， arm64平台，若打开了CONFIG_GENERIC_IRQ_SHOW_LEVEL，则desc->name都是NULL。

2.2.4 irq_desc的action

action在上面 2.1.4 里也讲到，是指中断触发时对应的要执行的回调函数（用户注册的中断处理函数），通过打印action->name是可以得知中断具体是啥的信息的，下面 3.2 的实验里有总结。

三、相关的实验

3.1 有关irq_desc的name的实验

下面的代码，是依次捞取各个中断对应的irq_desc的name这个field的内容：

for_each_irq_desc(irq, desc) {if (!desc->kstat_irqs || !desc->name) {printk("zhaoxin:irq[%u]desc->kstat_irqs[0x%llx],desc->name[0x%llx]\n",irq, (u64)desc->kstat_irqs, (u64)desc->name);continue;}printk("zhaoxin:irq[%u]name[%s]\n",irq, desc->name);
}

在arm64的平台里，这个name经常是NULL：

所以不能指望靠这个name来表达中断是哪一个。

3.2 有关irq_desc的描述中断类型中断chip等描述信息

3.2.1 实验有关的代码改动及实验情况

如下代码对show_interrupts进行了改动，增加了额外的一些seq_printf的日志，方便对照cat /proc/interrupts的输出，对应理解含义：

int show_interrupts(struct seq_file *p, void *v)
{static int prec;unsigned long flags, any_count = 0;int i = *(loff_t *) v, j;struct irqaction *action;struct irq_desc *desc;if (i > ACTUAL_NR_IRQS)return 0;if (i == ACTUAL_NR_IRQS)return arch_show_interrupts(p, prec);/* print header and calculate the width of the first column */if (i == 0) {for (prec = 3, j = 1000; prec < 10 && j <= nr_irqs; ++prec)j *= 10;seq_printf(p, "%*s", prec + 8, "");for_each_online_cpu(j)seq_printf(p, "CPU%-8d", j);seq_putc(p, '\n');seq_printf(p, "ACTUAL_NR_IRQS=%d,nr_irqs=%d\n", ACTUAL_NR_IRQS, nr_irqs);}rcu_read_lock();desc = irq_to_desc(i);if (!desc || irq_settings_is_hidden(desc))goto outsparse;if (desc->kstat_irqs) {for_each_online_cpu(j)any_count |= data_race(*per_cpu_ptr(desc->kstat_irqs, j));}if ((!desc->action || irq_desc_is_chained(desc)) && !any_count)goto outsparse;seq_printf(p, "%*d: ", prec, i);for_each_online_cpu(j)seq_printf(p, "%10u ", desc->kstat_irqs ?*per_cpu_ptr(desc->kstat_irqs, j) : 0);raw_spin_lock_irqsave(&desc->lock, flags);if (desc->irq_data.chip) {if (desc->irq_data.chip->irq_print_chip) {seq_printf(p, " irq_print_chip ");desc->irq_data.chip->irq_print_chip(&desc->irq_data, p);}else if (desc->irq_data.chip->name) {seq_printf(p, " irq_data.chip->name %8s", desc->irq_data.chip->name);}elseseq_printf(p, " irq_data.chip %8s", "-");} else {seq_printf(p, " irq_data.chip_none %8s", "None");}if (desc->irq_data.domain)seq_printf(p, " irq_data.domain %*lu", prec, desc->irq_data.hwirq);elseseq_printf(p, " irq_data.domain_false %*s", prec, "");
#ifdef CONFIG_GENERIC_IRQ_SHOW_LEVELseq_printf(p, " %-8s", irqd_is_level_type(&desc->irq_data) ? "Level" : "Edge");
#endifif (desc->name)seq_printf(p, "has_name-%-8s", desc->name);elseseq_printf(p, "no_name");action = desc->action;if (action) {seq_printf(p, "  action %s", action->name);while ((action = action->next) != NULL)seq_printf(p, "action, %s", action->name);}seq_putc(p, '\n');raw_spin_unlock_irqrestore(&desc->lock, flags);
outsparse:rcu_read_unlock();return 0;
}

上面代码里的改动部分：