CR8寄存器在x86-64 CPU中如何用于优先处理中断？

Question

我正在阅读英特尔控制寄存器的文档，但我很难理解CR8寄存器的用途。引用文档(2-18 Vol. 3A):

任务优先级级别(CR8的位3:0) - 这设置了与最高优先级中断对应的阈值，以被阻止。值为0表示启用所有中断。该字段在64位模式下可用。值为15表示将禁用所有中断。

如果您不介意，我有三个快速问题:

1. 因此，CR8的3到0位组成了这16个优先级值。但是优先级是什么？我猜是正在运行的“线程”，对吗？

2. 但是当接收到中断时，CR8中的优先级值与什么进行比较，以确定是否必须阻止它？

3. 当中断被阻止时，这意味着什么？它会被“延迟”到以后的时间，还是只是丢弃，即丢失？

- MikeF

Answer 1

CR8表示CPU当前的优先级。当有中断等待处理时，会将中断向量号的7到4位与CR8进行比较。如果中断向量号大于CR8，则立即处理该中断；否则，该中断将一直保持等待状态，直到将CR8设为更低的值。

假定APIC正在使用，则其具有一个中断请求寄存器(IRR)，每个中断向量号对应一个位。当该位被设置时，表示该中断正在等待处理，它可能一直保持等待状态。

当中断到达时，会将其与IRR进行逻辑或运算。如果该中断已经在等待处理中(也就是说，该向量的IRR位已经设置)，则新的中断将与之前的中断合并。(你可以说丢弃了新中断，但我不这么认为，相反，我认为这两个中断被合并成一个中断)由于合并的存在，中断服务例程必须设计为处理所有可用的任务，而不是期望针对每个任务单元都有一个独立的中断。

- prl

---

嗯。谢谢。中断等待多长时间？如果 CR8 一直保持在最高级别会怎样？在这种情况下，是否有一个缓冲区来收集这些中断，在它们被处理之前？ - MikeF

@MikeF：大概就是当你长时间运行cli而不执行sti时，情况应该完全一样。是的，中断可能会丢失；据我了解，每个IRQ线路只有一个缓冲状态位（挂起或非挂起）。 - Peter Cordes

我在答案中更新了有关待处理中断的更多信息。@Peter - prl

@PeterCordes：这很有趣。我似乎找不到在英特尔文档中将中断向量的高4位用作优先级的任何地方。只有AMD简要说明它是实现相关的。另外，prl，我相信你的规则应该是只有当CR8不为0时才有效，对吗？否则，如果它为0，如果我没有弄错的话，中断0到31将是系统中断，并且其中一半将被永久阻塞（因为它们的优先级为0，而不大于CR8，CR8也是0）。我理解得对吗？ - MikeF

卷3A，第10.8.3节 - prl

向量0到31不是中断，它们是异常。任务优先级不会影响异常的传递。（实际上，即使这些向量被保留，也可以将16-31号向量用作中断。） - prl

Answer 2

另一个相关的点是，Windows（我认为Linux也是）试图始终将CPU的IRQ级别保持尽可能低。中断服务例程在其提高的硬件中断级别下尽可能少地工作，然后cue延迟处理过程调用以在DPC IRQ级别下完成其余工作。DPC通常会立即得到服务，除非有其他的IRQ到达，因为它们比正常进程具有更高的优先级。

一旦CPU开始执行DPC，它将在将CPU IRQL返回零以允许正常线程恢复之前执行其每个CPU DPC队列中的所有DPC。

这种方法的优点是，任何优先级的传入硬件IRQ都可以打断DPC并几乎立即获得其自己的DPC，因此不会被错过。

- Graham Dearsley

---

是的，Linux也有所谓的“顶半部分”中断处理程序，它们只做尽可能少的工作，并将任务排队给“底半部分”任务，就像你所描述的那样。 - Peter Cordes

Answer 3

我也应该尝试解释（因为我认为）CPU的IRQ级别和IRQ优先级之间的区别。在x64之前，控制寄存器8未提供时，CPU没有IRQ级别的概念。Windows NT的设计者决定每个系统中的逻辑处理器都应具有一个虚拟的IRQ级别，该级别将存储在称为处理器控制块的数据结构中，每个CPU都有一个。他们决定应该有32个级别，我不知道原因。软件和硬件中断也被分配一个级别，因此，如果它们高于CPU分配的级别，则允许它们继续运行。Windows不使用PIC / APIC硬件分配的中断优先级，而是使用其中的中断屏蔽位。各个引脚被分配一个向量号，然后它们获得一个级别。当Windows在其PCB中提高CPU的LRQL时，它还会重新编程PIC / APIC的中断屏蔽。但不是立即。每次发生的中断都会导致Windows陷阱调度程序执行并将IRQ级别与CPU IRQL进行比较，如果IRQ级别更高，则中断继续进行，否则Windows重新编程掩码并返回到正在执行的线程。

那是因为重新编程PIC需要时间，如果没有更低级别的IRQ进入，那么Windows就可以节省一些工作。

在x64中有CR8，我仍在研究它的工作原理。

- Graham Dearsley

---

这看起来不像是一个独立的回答。它应该是对你之前回答的编辑。你可能应该合并你的账户（或者直接登录你的原始账户）并编辑那个已有的回答。（然后删除这个回答，这样就只剩下一个更完整的回答了。） - Peter Cordes

你之前的回答（来自五月份）看起来不错；我觉得很有趣，所以我给它点了赞。这个也没问题。不要期望对于相对偏僻的老问题（超过一两天的时间）在比C++更不受欢迎的标签中会有很多关注。我想只有很少的人（像我一样）会监控x86 / asm标签下的任何活动（不仅仅是新问题）。 - Peter Cordes

自己搬运，让它看起来漂亮。 - Graham Dearsley

嗨Pete，我回答了一个旧问题，那时这个网站还有一些有趣的问题。 - Graham Dearsley

抱歉，Pete。只是出气而已。对于形式超过实用性感到厌倦了。 - Graham Dearsley