《linux内核中断》之法外狂徒张三删库跑路

法外狂徒张三删库跑路

真实案例：在今年2月份，国内一个程序员删库的消息传遍it界。他的几行代码，直接让上市公司微盟的市值一天蒸发超10亿，300百万用户直接受到影响。网上是谣言四起，可谓是最牛逼的删库跑路案例。删库跑路是我们程序员可望而不可及的，是传说。最终这位技术人员，没有逃出法律的制裁，罚钱和判刑一样也没少。真是删库一时爽，身后火葬场。
删库跑路，是技术人员道路上永远无法企及的高度。但是对我们技术人员，千万不要因为一时脑热，做出不可挽回的错误i，让自己身陷牢狱之灾。除此之外，企业也应该完善安全机制和管理制度，顺便在想一下为什么员工会删库。

## Linux内核中断

一、简介
不管是在单片机裸机中，还是在linux中，中断都是频繁使用的对象。记得大学那会接触51单片机中断：定时和计算器中断，给我折腾疯了。

单片机使用中断需要设置寄存器，使能IRQ等，需要清晰的了解对应寄存器每一位的作用。在后来的蓝牙soc，nxp单片机中，就把寄存器设置部分，用api函数封装起来，提供给用户使用。
总结一下：
1>初始化寄存器，使能中断
2>注册中断服务函数，也就是向irqtable数组标号写入中断服务函数
3>中断发生，进入irq中断服务函数，在irq中断服务函数irqtable数组中查找具体的中断处理函数，执行对应的中断处理函数。
在linux中，同样也进行了封装，我们只需要按照中断的使用模板，在驱动中灵活调用即可。以下就介绍内核中的中断框架。

1.中断API函数
1>中断号
每个中断都有一个中断号，可以中断号可以区分不同的中断。在内核中用一个int变量来表示中断号。中断号已经写道设备数里面，因此可以通过irq_of_parse_and_map函数从interupts属性中获取设备号，获取中断号的api：

1. 非gpio中断请求中断号
//dev : 设备节点
//index ：索引号，interrput包含多条中断信息，通过index指定要获取的信息
//return : 返回的中断号
unsigned int irq_of_parse_and_map(struct device_node * dev, int  index)2.gpui申请中断号
//gpio : 对应的gpio编号
//return：返回的中断号
int gpio_to_irq(unsigned int gpio)

2>请求中断函数（request_irq）
在内核中，使用某个中断是需要申请的，request_irq函数用于申请中断:

int request_irq(unsigned int irq,irq_handker_t handler,unsigned long flags,const char *name.void *dev)
//要申请中断的中断号
//中断处理函数，当中断发生时，进入handler
//flags：中断标志，可以在include/linux/interrupput.h中查看
常用:上升沿、下降沿、高电平、
//中断名字
//当flags设置未IRQ_SHARES(共享中断),dev用来区分不同中断;一般情况下将dev设置未设备结构体，dev会传递函数给中断处理函数irq_handler_t的第二个参数。
//return 0 成功

note：request_irq函数可能会导致睡眠，因此不能在中断上下文或者其它禁止睡眠的的代码中使用request_irq函数。

3> 释放中断函数（free_irq）
在使用request_irq申请中断，使用完成之后需要通过free_irq函数释放掉对应中断。

void free_irq(unsigned irq,void *dev)
//要释放的中断
//如果终端设置为共享IROQF_SHARED(共享中断)的话，此参数用来区分具体中断。共享中断只有在释放最后中断处理函数的时候才会被禁止掉。
//返回值:无

4>中断处理函数
使用request-irq申请中断的时候，要设置中断处理函数，中断处理函数如下：

irqreturn_t (*irq_handler_t)(int, void*)
//参数int 是中断处理函数要处理的相应中断号
//void* ：指向void ，也就是个通用指针，需要与request_irq函数的dev参数保持一致。用于区分共享中断的不同设备，dev也可以指向设备数据结构。
//返回值irqreturn_t类型，irqretuen_t类型如下：
typedef enum irqreturn irqreturn_t;
enum irqreturn{IRQ_NONE = (0<<0),IRQ_HANDLED = (1<<0),IRQ_WAKE_THREAD = (1 <<1),
};
/*return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);*/

5>中断使能与禁止函数
(1)常用api函数如下：

void enable_irq(unsigned int irq) //使能。。中断号为irq。。的中断
void disable_irq(unsigned int irq) //禁止。。中断号为irq。。的中断
/*
diable_irq 使用注意事项：a.保证中断函数处理完成才返回，不会产生新的中断b.确保已经开始执行的中断处理程序已经全部推出。c.在以上情况下 ，可以使用void disable_irq_nosync(unsigned int irq)
*/
void disable_irq_nosync(unsigned int irq)//函数调用之后，立即返回，不会等待当前中断函数执行完毕。

(2)以上三个函数的，只用与使能或者禁止一个中断，有时候需要关闭处理器的整个中断。可以使用如下api：

local_irq_enable()//使能当前处理器的中断系统
local_irq_disable()//禁止当前处理器的中断系统
/*有些A场景下不能使用loacal——irq——enable来打开全局中断，而是将中断状态恢复到以前的状态，要考虑到B的感受，此时需要调用一下两个函数
*/
local_irq_save(flags)//禁止中断，并且把中断状态保存在flags中
local_irq_restore(flags)//恢复中断，将中断恢复到flags状态

2.中断上、下半部
在kernel 中，中断有上半部和下半部之分。在使用request_irq申请中断的时候，注册的中断服务函数属于：中断处理的上半部，只要中断触发，中断处理函数就会执行。
在中断中，我们希望处理函数越快处理越好，但是在现实使用中，有些中断往往耗时间。我们需要对其处理，缩小中断处理函数的执行时间。这就出现了下半部。
举个例子：tp触控屏，中断通知soc触控event发生，i2c读取坐标上报给系统。i2c最高速度有400kbit/s,所以在中断中用i2c读取数据就会浪费时间。我们可以将i2c读取坐标值暂后执行（放到下半部），中断处理函数处理相应的中断，然后清楚标志位（上半部处理）。
a.上半部：上半部是request_irq 注册的中断处理函数，处理过程比较快，部耗时的任务可以放到上半部完成。
b.下半部：如果中断函数处理任务较多，比较耗时，那么把这些耗时任务放到下半部来执行。
c.分为上、下半部的目的:实现中断函数快进快出，将对时间敏感，与硬件有关，不希望被中断的函数，希望执行速度快的放到上半部，剩下的放到下半部。

二、下半部处理机制

1>软中断

内核提供了bottom half机制实现下半部。后面引入了软中断和tasklet来代替”BH‘,完全可以使用软中断和tasklet来代替BH.随着内核版本升级，BH在2点几版本就不用了。在linux内核中，使用softirq_action表示软中断，定义在includ/linux/interrupt.h,

//a. 软中断 includ/linux/interrupt.h
struct softirq_action
{void (*action)(struct softirq_action *);
}//b.中断类型 kernel/softirq.h
static struct softirq_action softirq_vec[NR_SOFTIRQS];//NR_SOFTIRQS 在 includ/linux/interrupt.h 中
enum
{HI_SOFTIRQ=0, TIMER_SOFTIRQ, NET_TX_SOFTIRQ, NET_RX_SOFTIRQ, BLOCK_SOFTIRQ, BLOCK_IOPOLL_SOFTIRQ, TASKLET_SOFTIRQ, //tasklet 软中断 SCHED_SOFTIRQ, HRTIMER_SOFTIRQ, RCU_SOFTIRQ, NR_SOFTIRQS
};

可以看到，softirq_action 结构体中的成员变量action就是软中断的服务函数，数组softirq_vec是个全局数组，因此所以cpu都可以访问到，每个cpu都有自己的触发和控制机制，并且只执行自己所触发的软中断。
如何使用软中断？
a. 先使用open_softirq函数，注册对应的软件中断处理函数，函数如下：

void open_softirq(int0nr ，void(*action)(struct softirq_action*))
//nr :要开启的软中断，如 TASKLET_SOFTIRQ
//action :软中断对应的处理函数
//void 无return

b.注册过软中断之后，需要通过raise_softirq函数触发，函数如下：

void raise_softirq(unsigned int nr)
//nr ：要触发的软中断
//void : 无return

c. 软中断必须在编译的时候：静态注册。linux内核使用softirq_irq函数初始化软件中断，
softirq_init函数在kernel/softirq.c ,函数如下

//kernel/softirq.c void __init softirq_init(void){int cpu;for_each_possible_cpu(cpu) {per_cpu(tasklet_vec, cpu).tail = &per_cpu(tasklet_vec, cpu).head;per_cpu(tasklet_hi_vec, cpu).tail = &per_cpu(tasklet_hi_vec,cpu).head;}open_softirq(TASKLET_SOFTIRQ, tasklet_action);open_softirq(HI_SOFTIRQ, tasklet_hi_action);}//从这里我们可以看到，默认打开TASKLET_SOFTIRQ（tasklet软中断），HI_SOFTIRQ（高优先级软中断）。

2>tasklet

tasklet是利用软中断来实现下半部的一种机制，在软中断和taskley之间，我们一般使用tasklet。linux内核使用tasklet_struct结构体来表示tasklet，如下：

struct tasklet_struct{struct tasklet_sturct *next;//下一个taskletunsigned long state ; //tasklet 状态atomic_t count ;// 计数器，记录对tasklet的引用数void (*func)(unsigned long); //tasklet执行函数 ，可以定义函数内容，相当于中断处理函数unsigned long data //函数func的参数
};

如何使用tasklet?
a. 先定义一个tasklet，然后使用tasklet_init函数初始化tasklet，tasklet_init函数原型如下：

void tasklet_init(struct tasklet_struct *t,void (*func)(unsigned long),unsigned long data);
//t:要初始化的tasklet
//func :tasklet的处理函数
//data:传递给func函数的参数
//void 无return/*或者通过宏 ： DECCLEARE_TASKLET 来一次性完成tasklet的定义和初始化，
DECCLEARE_TASKLET 定义在 include/linux/interrupt.h
*/
DECLARE_TASKLET(name, func, data)

b.在上半部，也就是中断处理函数中调用tasklet_schedule，就能使tasklet在合适的时间运行，tasklet_schedule 函数如下：

void tasklet_schedul(struct tasklet_struct *t)
//t:要调度的tasklet，也就是DECCLEAR_TASKLET宏里的name
//无返回值

c.参考模板

//1. 定义tasklet
struct tasklet-struct testtasklet;void testtasklet(unsigned long data)
{//5.taskelet 函具体的处理内容
}//中断处理函数test_handler
irqreturn_t test_handler(int irq ,void *dev_id)
{.......//4.调度tasklettasklet_schedule(&testtasklet);
.......
}//驱动入口函数
static int __init xxx_init(coid)
{......//2.初始化tasklettasklet_init(&testtasklet ,testtasklet_func, data);//3. 注册中断处理函数request_irq(xxx_irq ,test_handler ,0 , "xxx" ,&xxx_dev);
......
}

3>工作队列

工作队列是另一种下半部的机制，工作队列在进程上下文执行，工作队列目的：**是将要推后的工作交给一个内核线程去执行，因为工作队列工作在进程上下文，因此工作队列允许睡眠或重新调度。**如果要睡觉或者推后的工作可以选择工作队列，否则选择软中断或者tasklet。

linux 内核使用work_struct 结构体表示一个工作，如下：

 struct work_struct {atomic_long_t data;struct list_head entry;work_func_t func;//工作队列处理函数};

上面工作组织（work_struct)成工作队列，工作队列使用workqueue_struct结构体表示，如下：

struct workqueue_struct {struct list_head pwqs; struct list_head list; struct mutex mutex; int work_color;int flush_color; atomic_t nr_pwqs_to_flush;struct wq_flusher *first_flusher;struct list_head flusher_queue; struct list_head flusher_overflow;struct list_head maydays; struct worker *rescuer; int nr_drainers; int saved_max_active;struct workqueue_attrs *unbound_attrs;struct pool_workqueue *dfl_pwq; char name[WQ_NAME_LEN];struct rcu_head rcu;unsigned int flags ____cacheline_aligned;struct pool_workqueue __percpu *cpu_pwqs;struct pool_workqueue __rcu *numa_pwq_tbl[];};

linux内核使用工作者线程work_thread来处理工作队列中的各个工作，linux内核使用worker结构体表示工作者线程，worker结构体如下：

struct worker {union {struct list_head entry; struct hlist_node hentry;};**struct work_struct *current_work;** work_func_t current_func; struct pool_workqueue *current_pwq;bool desc_valid;struct list_head scheduled; struct task_struct *task; struct worker_pool *pool; struct list_head node; unsigned long last_active; unsigned int flags; int id; char desc[WORKER_DESC_LEN];**struct workqueue_struct *rescue_wq;**
};

从worker结构体可以看出，每一个worker都有一个工作队列（workqueue_struct）,工作者线程处理自己工作队列中的所有工作。在实际中，我们只需定义工作（work_struct）即可，关于工作队列和工作者线程基本不需要我们去管。

如何创建work_struct？
a. 直接定义一个work_truct结构体变量即可，然后用INIT_WORK宏来初始化工作，INIT_WORK 定义如下：

#define  INIT_WORK(_work,_func)
//_work表示要初始化的工作，_func是工作对应的处理函数
//or 使用如下方法，一次性完成工作的创建和初始化，宏如下：
#define DECLARE_WORK(n, f)

b. 和tasklet 一样，工作需要调度才能运行，工作的调度函数为schedule_work,函数原型如下：

bool schedule_work(struct work_struct *work);
//work :要调度的工作

c.参考模板

//1. 定义工作work
struct work_struct testwork;void testwork_func_t(unsigned long data)
{//5.work函具体的处理内容
}//中断处理函数test_handler
irqreturn_t test_handler(int irq ,void *dev_id)
{.......//4.调度worktasklet_schedule(&testwork);
.......
}//驱动入口函数
static int __init xxx_init(coid)
{......//2.初始化workINIT_WORK(&testwork ,testwork_func_t);//3. 注册中断处理函数request_irq(xxx_irq ,test_handler ,0 , "xxx" ,&xxx_dev);
......
}

4>dts中断信息节点分析

如果使用设备数，需要在设备数中配置好中断属性信息，kernel 匹配设备树中的中断信息来配置中断。

 intc: interrupt-controller@17a00000 {compatible = "arm,gic-v3"; //匹配控制器驱动文件#interrupt-cells = <3>;//表示控制器下设备的cells大小/*interrupt-cells 描述了interrupts属性cells大小，也就是一条信息有几个cells。每个cells都是32bit整形值。对于arm的gic来说，一共有三个cells1.cells 中断类型，0表示spi中断，1表示ppi中断2.cells 中断号，对于spi中断来说0~987，ppi中断0~153.cells bit[3:0],1 上升沿触发，2 下降沿触发，4 高电平触发，8 低电平触发*/interrupt-controller; //为空，表示当前节点是中断控制器#redistributor-regions = <1>;redistributor-stride = <0x0 0x20000>;reg = <0x17a00000 0x10000>,     /* GICD */<0x17a60000 0x100000>;    /* GICR * 8 */interrupts = <1 9 4>; //指定中断号，触发方式interrupt-parent = <&intc>; //指定父中断，也就是中断控制器。ignored-save-restore-irqs = <38>;};