Приоритеты. Irql
В большинстве операционных систем аппаратные прерывания имеют приоритеты, которые определяются контроллерами прерываний. Однако ОС Windows имеет свою аппаратно-независимую шкалу приоритетов, которые называются уровни запросов прерываний (interrupt request levels, IRQL), и охватывает не только прерывания, а все события, требующие системной обработки. В таблице 3.1 приведены значения IRQL уровней для x86 систем.
Таблица 3.1. Уровни запросов прерываний (IRQL) в x86 системах |
||
Уровень |
Значение |
Номер |
High |
Наивысший уровень |
31 |
Power fail |
Отказ электропитания |
30 |
Inter-process interrupt |
Межпроцессорный сигнал |
29 |
Clock |
Системные часы |
28 |
Profile |
Контроль производительности ядра |
27 |
Device n |
Прерывание от устройства |
26 |
… |
Прерывания от устройств |
… |
Device 1 |
Прерывание от устройства |
3 |
DPC/dispatch |
Отложенные операции и планирование |
2 |
APC |
Асинхронные вызовы процедур |
1 |
Passive |
Нормальное выполнение потоков |
0 |
Обрабатываемые события обслуживаются в порядке их приоритета, и события с более высоким приоритетом вытесняют обработку событий с меньшим приоритетом. При возникновении события с высоким приоритетом IRQL процессора повышается до уровня данного события. После его обработки могут проявить себя замаскированные менее приоритетные события, которые, в свою очередь, могут быть обработаны по обычной схеме. Текущий уровень приоритета хранится в данных, описывающих состояние процессора, и может быть определен системным отладчиком kd или посредством вызова функции KeGetCurrentIrql.
Значения IRQL для аппаратных прерываний расставляются диспетчером Plug and Play с помощью уровня абстрагирования от оборудования HAL, а для остальных событий - ядром. Таким образом, уровень IRQL определяется источником события, что имеет иной смысл, нежели приоритеты в стратегии планирования потоков. Разбиение на IRQL уровни является основным механизмом упорядочивания по приоритетам действий операционной системы.
Можно сказать, что в ОС Windows действует двухуровневая схема планирования. Приоритеты высшего уровня (в данном случае IRQLs) определяются аппаратными или программными прерываниями, а приоритеты низшего уровня (в своем диапазоне от 0 до 31) устанавливаются для пользовательских потоков, выполняемых на нулевом уровне IRQL, и контролируются планировщиком.
На нулевом (PASSIVE LEVEL) уровне IRQL работают пользовательские процессы и часть кода операционной системы. Программа, работающая на этом уровне, может быть вытеснена почти любым событием, случившимся в системе. Большинство процедур режима ядра старается удерживать IRQL уровень процессора как можно более низким.
IRQL уровни 1 (APC LEVEL) и 2 (DISPATCH LEVEL) предназначены для так называемых программных (в терминологии Microsoft) прерываний соответственно: асинхронный вызов процедуры - APC (asynchronous procedure call) и отложенный вызов процедуры - DPC (deferred procedure call). Если ядро принимает решение выполнить некоторую системную процедуру, но нет необходимости делать это немедленно, оно ставит ее в очередь DPC и генерирует DPC прерывание. Когда IRQL процессора станет достаточно низким, эта процедура выполняется. Характерный пример - отложенная операция планирования. Из этого следует, что код, выполняемый на IRQL уровне, выше или равном 2, не подвержен операции планирования. Асинхронный вызов процедур - механизм, аналогичный механизму DPC, но более общего назначения, в частности, доступный пользовательским процессам.
IRQL уровни 3-26 относятся к обычным прерываниям от устройств. Более подробное описание IRQL уровней имеется в [6].