【原創】淺說windows下的插斷要求級IRQL

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一 中斷分類

根據中斷源不同，可以將中斷分為

• 硬體中斷：硬體上產生的中斷，可以來自處理器的內部和外部。處理器的外部中斷可以來自各種PIN訊號介面和Local APIC的LINT0和LINT1引腳，以及外部的I/O APIC發送過來的中斷資訊。

• 軟體中斷：軟體上產生的中斷，使用INT指令主動發起的中斷，如INT 0X40，調用0X40號的插斷服務常式。

硬體中斷源又可以分為

• 可屏蔽中斷：可屏蔽的中斷如下

1. 通過處理器的INTR pin接收的插斷要求，典型地，INTR串連到8259A PIC上，在支援APIC的處理器上，LINT0被作為INTR串連到外部中斷控制器上

2. 通過Local APIC產生的本地中斷源

3. 來自晶片集上的I/O APIC產生的中斷資訊

• 不可屏蔽中斷：通過處理器NMI pin接收的插斷要求是不可屏蔽的，在支援APIC的處理器上INTR1 pin被作為NMI pin使用，接收來自外部的NMI訊號

二 中斷控制器

• 以前的8259A PIC（8259可程式化插斷控制器）

在單一處理器上，處理器的INTR pin接收來自外部8259中斷控制器傳送過來的插斷要求，其位於PCI-to-ISA bridge（南橋）晶片的LPC控制器裡。

每個8259A PIC的IR口都串連著一條IRQ線。主片的IR0到IR7對應著IRQ0到IRQ7線，但是IR2串連著從片的INTR pin。從片的IR0到IR7對應著IRQ8到IRQ15線。由於從片串連到主片的IR2上，所以從片的IR1同時串連到IRQ2和IRQ9。

在8259A中，主片IR0的插斷要求優先順序最高，主片IR7最低，從片IR0-7所有插斷要求優先順序都相當於IRQ2。所以IRQ線的優先順序由高到低次序為IRQ0，IRQ1，IRQ8-15，IRQ3-7。

• 現在的中斷控制器：APIC

為了適應多處理器，Intel在Pentium處理器開始引入了APIC（Advanced Programmable Interupt Controller）機制。

APIC經曆了4個版本，82489DX晶片，APIC，xAPIC，x2APIC。xAPIC共有256個IRQ線，而x2APIC比xAPIC多了256個，總共512條IRQ線。

三 插斷要求級IRQL

在APCI中，每個IRQ都有各自的優先順序，一個正在啟動並執行線程可能被中斷打斷，進入到中斷處理函數，當遇到優先順序更高的中斷，處在低優先順序的中斷也會被打斷，進入到更進階的中斷處理函數。

windows將中斷的概念進行了擴充，提出了插斷要求級的概念，數字低的優先順序高，其中不僅包括了APIC的所有中斷，也包括了3個軟體中斷。

使用者模式的代碼運行在最低優先順序PASSIVE_LEVEL。驅動中的DriverEntry，派遣函數，AddDevice等函數一般運行在PASSIVE_LEVEL，在必要的時候可申請進入DISPATCH_LEVEL函數。

需要特別注意的是，windows負責線程調度的組件是運行在DISPATCH_LEVEL層級，當前的線程運行完時間片後，系統自動從PASSIVE_LEVEL層級提升到DISPATCH_LEVEL層級。當線程切換完畢後，作業系統又從DISPATCH_LEVEL降到PASSIVE_LEVEL。驅動程式的StartIO函數和DPC函數也運行在DISPATCH_LEVEL層級。在核心模式，可以通過KeGetCurrentIrpl核心功能來得到當前的IRQL層級。

四 代碼中斷級

PASSIVE_LEVEL比DISPATCH_LEVEL低，在實際編程中，許多具有比較複雜功能的核心API都要求在PASSIVE下運行，而只有比較簡單的API能在DISPATCH級執行。

在調用任何一個核心API前，必須查看WDK文檔，瞭解這個核心API的中斷要求

中斷級的簡單判斷方法

如何判斷我們正在編寫的代碼的中斷級呢?暫時可以使用下面規則來處理。

• 規則1：如果在調用路徑沒有特殊情況（導致中斷級的提高或降低），則一個函數的中斷級與調用源的中斷級相同；
• 規則2：如果在調用路徑上有擷取自旋鎖，則中斷級隨之升高；如果有釋放自旋鎖，則中斷級隨之降低。

如果當前代碼運行在DISPATCH級，而我們又必須調用PASSIVE級的核心API，使用核心API強制降低當前的插斷要求級是不被允許的，windows的代碼都運行在規範的中斷級上，任意降低中斷級都會導致不可預料的後果。
這樣的問題有很多種解決方案，比如產生一個專門的線程去執行PASSIVE級的代碼。

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