# 9.7 Interrupt相关的并发 接下来我们讨论一下与中断相关的并发，并发加大了中断编程的难度。这里的并发包括以下几个方面： * 设备与CPU是并行运行的。例如当UART向Console发送字符的时候，CPU会返回执行Shell，而Shell可能会再执行一次系统调用，向buffer中写入另一个字符，这些都是在并行的执行。这里的并行称为producer-consumer并行。 * 中断会停止当前运行的程序。例如，Shell正在运行第212个指令，突然来了个中断，Shell的执行会立即停止。对于用户空间代码，这并不是一个大的问题，因为当我们从中断中返回时，我们会恢复用户空间代码，并继续执行执行停止的指令。我们已经在trap和page fault中看过了这部分内容。但是当内核被中断打断时，事情就不一样了。所以，代码运行在kernel mode也会被中断，这意味着即使是内核代码，也不是直接串行运行的。在两个内核指令之间，取决于中断是否打开，可能会被中断打断执行。对于一些代码来说，如果不能在执行期间被中断，这时内核需要临时关闭中断，来确保这段代码的原子性。 * 驱动的top和bottom部分是并行运行的。例如，Shell会在传输完提示符“$”之后再调用write系统调用传输空格字符，代码会走到UART驱动的top部分（注，uartputc函数），将空格写入到buffer中。但是同时在另一个CPU核，可能会收到来自于UART的中断，进而执行UART驱动的bottom部分，查看相同的buffer。所以一个驱动的top和bottom部分可以并行的在不同的CPU上运行。这里我们通过lock来管理并行。因为这里有共享的数据，我们想要buffer在一个时间只被一个CPU核所操作。 ![](/files/-MNrnl9JPFsR7yfGEs6s) 这里我将会关注在第一点，也就是producer/consumser并发。这是驱动中的非常常见的典型现象。如你们所见的，在驱动中会有一个buffer，在我们之前的例子中，buffer是32字节大小。并且有两个指针，分别是读指针和写指针。 ![](/files/-MNroXt11NpYEGZJisRG) 如果两个指针相等，那么buffer是空的。当Shell调用uartputc函数时，会将字符，例如提示符“$”，写入到写指针的位置，并将写指针加1。这就是producer对于buffer的操作。 ![](/files/-MNropRpuu-7GKNWhYvX) producer可以一直写入数据，直到写指针 + 1等于读指针，因为这时，buffer已经满了。当buffer满了的时候，producer必须停止运行。我们之前在uartputc函数中看过，如果buffer满了，代码会sleep，暂时搁置Shell并运行其他的进程。 Interrupt handler，也就是uartintr函数，在这个场景下是consumer，每当有一个中断，并且读指针落后于写指针，uartintr函数就会从读指针中读取一个字符再通过UART设备发送，并且将读指针加1。当读指针追上写指针，也就是两个指针相等的时候，buffer为空，这时就不用做任何操作。 > 学生提问：这里的buffer对于所有的CPU核都是共享的吗？ > > Frans教授：这里的buffer存在于内存中，并且只有一份，所以，所有的CPU核都并行的与这一份数据交互。所以我们才需要lock。 > > 学生提问：对于uartputc中的sleep，它怎么知道应该让Shell去sleep？ > > Frans教授： sleep会将当前在运行的进程存放于sleep数据中。它传入的参数是需要等待的信号，在这个例子中传入的是uart\_tx\_r的地址。在uartstart函数中，一旦buffer中有了空间，会调用与sleep对应的函数wakeup，传入的也是uart\_tx\_r的地址。任何等待在这个地址的进程都会被唤醒。有时候这种机制被称为conditional synchronization。 以上就是Shell输出提示符“$ ”的全部内容。如你们所见，过程还挺复杂的，许多代码一起工作才将这两个字符传输到了Console。 --- # Agent Instructions: Querying This Documentation If you need additional information that is not directly available in this page, you can query the documentation dynamically by asking a question. Perform an HTTP GET request on the current page URL with the `ask` query parameter: ``` GET https://mit-public-courses-cn-translatio.gitbook.io/mit6-s081/lec09-interrupts/9.7-interrupt-related-concurrency.md?ask= ``` The question should be specific, self-contained, and written in natural language. The response will contain a direct answer to the question and relevant excerpts and sources from the documentation. Use this mechanism when the answer is not explicitly present in the current page, you need clarification or additional context, or you want to retrieve related documentation sections.