0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Прерывания от внешних устройств в системе x86

Прерывания от внешних устройств в системе x86. Часть 2. Опции загрузки ядра Linux

В предыдущей части мы рассмотрели эволюцию доставки прерываний от устройств в x86 системах (PIC → APIC → MSI), общую теорию и все необходимые термины.

В этой практической части мы рассмотрим как откатиться к использованию устаревших методов доставки прерываний в Linux, а именно рассмотрим опции загрузки ядра:

  • pci=nomsi
  • noapic
  • nolapic

Также мы посмотрим на порядок, в котором ОС смотрит таблицы роутинга прерываний (ACPI/MPtable/$PIR) и какое влияние на него окажет добавление опций загрузки:

  • pci=noacpi
  • acpi=noirq
  • acpi=off

Возможно вы пробовали комбинации из всех этих опций, когда какое-либо устройство не работало из-за проблемы с прерываниями. Разберём, что именно они делают и как они меняют вывод /proc/interrupts.

Загрузка без дополнительных опций

Смотреть прерывания в данной статье мы будем на кастомной плате с Intel Haswell i7 с чипсетом lynxPoint-LP на которой запущен coreboot.

Информацию о прерываниях мы будем выводить через команду

Вывод при загрузке без дополнительных опций:

Файл /proc/interrupts предоставляет таблицу о количестве прерываний на каждом из процессоров в следующем виде:

  • Первая колонка: номер прерывания
  • Колонки CPUx: счётчики прерываний на каждом из процессоров
  • Следующая колонка: вид прерывания:
    • IO-APIC-edge — прерывание по фронту на контроллер I/O APIC
    • IO-APIC-fasteoi — прерывание по уровню на контроллер I/O APIC
    • PCI-MSI-edge — MSI прерывание
    • XT-PIC-XT-PIC — прерывание на PIC контроллер (увидим позже)
  • Последняя колонка: устройство, ассоциированное с данным прерыванием

Так вот, как и положено в современной системе, для устройств и драйверов, поддерживающих прерывания MSI/MSI-X, используются именно они. Остальные прерывания роутятся через I/O APIC.

Упрощённо схему роутинга прерываний можно нарисовать так (красным помечены активные пути, чёрным неиспользуемые).

Поддержка MSI/MSI-X устройством должна быть обозначена как соответствующая Capability в его конфигурационном пространстве PCI.

В подтверждении приведём небольшой фрагмент вывода lspci для устройств, для которых обозначено, что они используют MSI/MSI-X. В нашем случае это SATA контроллер (прерывание ahci), 2 ethernet контроллера (прерывания eth58* и eth59*), графический контроллер (i915) и 2 контроллера HD Audio (snd_hda_intel).

Как мы видим, у этих устройств присутствует строка либо «MSI: Enable+», либо «MSI-X: Enable+»

Начнём деградировать систему. Для начала загрузимся с опцией pci=nomsi.

pci=nomsi

Благодаря этой опции MSI прерывания станут IO-APIC/XT-PIC в зависимости от используемого контроллера прерываний

В данном случае у нас всё ещё приоритетный контроллер прерываний APIC, так что картина будет такая:

Все прерывания MSI/MSI-X ожидаемо исчезли. Вместо них устройства теперь используют прерывания вида IO-APIC-fasteoi.

Обратим внимание на то, что раньше до включения этой опции у eth58 и eth59 было по 9 прерываний! А сейчас только по одному. Ведь как мы помним, без MSI одной функции PCI доступно только одно прерывание!

Немного информации из dmesg по инициализации ethernet контроллеров:

— загрузка без опции pci=nomsi:

— загрузка с опцией pci=nomsi

Из-за уменьшения количества прерываний на устройство, включение данной опции может приводить к существенному ограничению производительности работы драйвера (это без учёта того, что согласно исследованию Intel Reducing Interrupt Latency Through the Use of Message Signaled Interrupts прерывания через MSI в 3 раза быстрее чем через IO-APIC и в 5 раз быстрее чем через PIC).

Читать еще:  Что значит OEM процессор

noapic

Данная опция отключает I/O APIC. MSI прерывания всё ещё могут идти на все CPU, но прерывания от устройств смогут идти только на CPU0, так как PIC связан только с CPU0. Но LAPIC работает и другие CPU могут работать и обрабатывать прерывания.

Как видим, все прерывания IO-APIC-* превратились в XT-PIC-XT-PIC, причём эти прерывания роутятся только на CPU0. Прерывания MSI остались без изменений и идут на все CPU0-3.

nolapic

Отключает LAPIC. MSI прерывания не могут работать без LAPIC, I/O APIC не может работать без LAPIC. Поэтому все прерывания от устройств будут идти на PIC, а он работает только с CPU0. И без LAPIC остальные CPU даже работать в системе не будут.

Комбинации:

На самом деле всего одна для нового варианта: «noapic pci=nomsi». Все прерывания от устройств смогут идти только на CPU0 через PIC. Но LAPIC работает и другие CPU могут работать и обрабатывать прерывания.

Одна, потому что с «nolapic» можно ничего не комбинировать, т.к. эта опция и так сделает недоступным I/O APIC и MSI. Так что если вы когда-то прописывали опции загрузки «noapic nolapic» (или самый распространённый вариант «acpi=off noapic nolapic»), то судя по всему вы набирали лишние буквы.

Итак, что будет от опций «noapic pci=nomsi»:

Таблицы роутинга прерываний и опции «acpi=noirq», «pci=noacpi», «acpi=off»

Как операционная система получает информацию о роутинге прерываний от устройств? BIOS подготавливает информацию для ОС в виде:

  • ACPI таблиц (методы _PIC/_PRT)
  • _MP_ таблицы (MPtable)
  • $PIR таблицы
  • Регистров 0x3C/0x3D конфигурационного пространства PCI устройств

Следует отметить, что для обозначения прерываний MSI BIOSу не надо ничего дополнительно делать, вся вышеупомянутая информация нужна только для линий APIC/PIC прерываний.

Таблицы в списке выше обозначены в порядке приоритета. Рассмотрим это подробней.

Допустим BIOS предоставил все эти данные и мы грузимся без каких-либо дополнительных опций:

  • ОС находит таблицы ACPI
  • ОС выполняет метод ACPI «_PIC», передаёт ему аргумент, что нужно грузиться в режиме APIC. Тут код метода обычно сохраняет выбранный режим в переменной (допустим PICM=1)
  • Для получения данных о прерываниях ОС вызывает метод ACPI «_PRT». Он внутри себя проверяет переменную PICM и возвращает роутинг для APIC случая

В случае если мы грузимся с опцией noapic:

  • ОС находит таблицы ACPI
  • ОС выполняет метод ACPI «_PIC», передаёт ему аргумент, что нужно грузиться в режиме PIC. Тут код метода обычно сохраняет выбранный режим в переменной (допустим PICM=0)
  • Для получения данных о прерываниях ОС вызывает метод ACPI «_PRT». Он внутри себя проверяет переменную PICM и возвращает роутинг для PIC случая

Если таблица ACPI отсутствует или функционал роутинга прерываний через ACPI отключен с помощью опций acpi=noirq или pci=noacpi (или ACPI полностью выключен с помощью acpi=off), то ОС смотрит для роутинга прерываний таблицу MPtable (_MP_):

  • ОС не находит/не смотрит таблицы ACPI
  • ОС находит таблицу MPtable (_MP_)

Если таблица ACPI отсутствует или функционал роутинга прерываний через ACPI отключен с помощью опций acpi=noirq или pci=noacpi (или ACPI полностью выключен с помощью acpi=off) и если таблица MPtable (_MP_) отсутствует (или передана опция загрузки noapic или nolapic):

  • ОС не находит/не смотрит таблицу ACPI
  • ОС не находит/не смотрит таблицу MPtable (_MP_)
  • ОС находит таблицу $PIR
Читать еще:  Что лучше WebRip или HDRip

Если и таблицы $PIR нет, или она не полна, то операционная система для угадывания прерываний будет смотреть значения регистров 0x3C/0x3D конфигурационного пространства PCI устройств.

Суммируем всё вышеизложенное следующей картинкой:

Следует помнить, что не каждый BIOS предоставляет все 3 таблицы (ACPI/MPtable/$PIR), так что если вы передали опцию загрузчику отказаться от использования ACPI или ACPI и MPtable для роутинга прерываний, далеко не факт, что ваша система загрузится.

Замечание 1: в случае если мы попытаемся загрузиться в режиме APIC с опцией acpi=noirq и без наличия MPtable, то картина прерываний будет как и в случае обычной загрузки с единственной опцией noapic. Операционная система сама перейдёт в режим PIC прерываний.
В случае если мы попытаемся загрузиться вообще без таблиц ACPI (acpi=off) и не предоставив MPtable, то картина будет такая:

Это проиcходит из-за того, что без ACPI таблицы MADT (Multiple APIC Description Table) и необходимой информации из MPtable, операционная система не знает APIC идентификаторы (APIC ID) для других процессоров и не может с ними работать, но LAPIC основного процессора работает, так как мы это не запрещали, и MSI прерывания могут на него приходить. То есть будет так:

Замечание 2: в целом роутинг прерываний при использовании ACPI в случае APIC совпадает с роутингом прерываний через MPtable. А роутинг прерываний через ACPI в случае использования PIC совпадает с роутингом прерываний через $PIR. Так что и выводы /proc/interrupts отличаться не должны. Однако в процессе исследований заметил одну странность. При роутинге через MPtable в выводе почему-то присутствует каскадное прерывание «XT-PIC-XT-PIC cascade».

Немного странно, что так происходит, но в документации ядра вроде говорится, что это нормально.

Заключение:

В заключении ещё раз обозначим разобранные опции.

Опции выбора контроллера прерываний:

  • pci=nomsi — MSI прерывания станут IO-APIC/XT-PIC в зависимости от используемого контроллера прерываний
  • noapic — Отключает I/O APIC. MSI прерывания всё ещё могут идти на все CPU, остальные прерывания от устройств смогут идти только на PIC, а он работает только с CPU0. Но LAPIC работает и другие CPU могут работать и обрабатывать прерывания
  • noapic pci=nomsi — Все прерывания от устройств могут идти только на PIC, а он работает только с CPU0. Но LAPIC работает и другие CPU могут работать и обрабатывать прерывания
  • nolapic — Отключает LAPIC. MSI прерывания не могут работать без LAPIC, I/O APIC не может работать без LAPIC. Все прерывания от устройств будут идти на PIC, а он работает только с CPU0. И без LAPIC остальные CPU не будут работать.

Опции выбора приоритетной таблицы роутинга прерываний:

  • без опций — роутинг через APIC с помощью таблиц ACPI
  • noapic — роутинг через PIC с помощью таблиц ACPI
  • acpi=noirq (pci=noacpi/acpi=off) — роутинг через APIC с помощью таблицы MPtable
  • acpi=noirq (pci=noacpi/acpi=off) noapic (nolapic) — роутинг через PIC с помощью таблицы $PIR

В следующей части посмотрим как coreboot настраивает чипсет для роутинга прерываний.

Опция ACPI APIC support включает поддержку контроллера прерываний APIC со стороны ACPI.

Disabled (или PIC) – отключить поддержку расширенного контроллера прерываний APIC. Используется стандартный контроллер прерываний;

Читать еще:  Очень медленно работает компьютер что делать

Enabled (или APIC) – включить поддержку расширенного контроллера прерываний APIC.

Опция также может иметь другие названия:

APIC

APIC Mode

APIC Select

APIC Interrupt Mode

APIC Function

IOAPIC Enable

IOAPIC Function

Interrupt Mode

Примечание 1. ACPI (Advanced Configuration and Power Interface) – это стандарт (спецификация), определяющий способы программного управления электропитанием компонентов компьютера с помощью встроенных средств ОС (операционной системы). Другими словами данная технология предназначена для управления состоянием персонального компьютера и энергопотреблением его компонентов.

Более подробно о том, что такое ACPI Вы можете найти здесь.

Примечание 2. APIC (Advanced Programmable Interrupt Controller) – расширенный программируемый контроллер прерываний, позволяющий использовать 24 аппаратных прерываний вместо 16.

Другие идентичные названия опции: APIC Mode, IOAPIC Function, Interrupt Mode.

Опция BIOS Setup ACPI APIC Support используется для того, чтобы включить или выключить поддержку контроллера APIC на материнской плате. Эта опция имеет всего два варианта (Enabled — Включено и Disabled — Выключено).

Другие идентичные по назначению параметры: ACPI Aware O/S, IPCA Function, Compliance With O/S

Опция ACPI Function предназначена для включения поддержки технологии ACPI в BIOS персонального компьютера. Опция имеет всего два значения – Enabled (Включено) и Disabled (Выключено).

  • Принцип работы
  • Стоит ли включать параметр?

Стоит ли включать опцию?

Поддержка APIC со стороны операционной системы обуславливает и целесообразность включения или выключения опции ACPI APIC Support. Если у вас на компьютере установлены старые версии ОС, такие, как Microsoft DOS, Microsoft Windows 95, Windows 98, Windows Millenium (до Windows NT), то имейте в виду, что они не поддерживают APIC и разработаны с расчетом на работу с устаревшим контроллером прерываний PIC. Из этого следует, что велика вероятность того, что эти операционные системы будут нестабильно работать с включенной опцией поддержки контроллера APIC, или не будут работать вообще. Если такое происходит, и вы уверены в том, что проблемы с операционными системами происходит из-за включенной поддержки улучшенного контроллера прерываний APIC, то вам стоит выключить данную опцию.

При отключении опции контроллер APIC будет работать, эмулируя контроллер 8259 PIC, и, таким образом, старые операционные системы смогут работать, обращаясь к нему. Если же у вас установлена современная операционная система, начиная с Windows 2000, то вы можете смело включить эту опцию, поскольку поддержка технологии APIC сделает вашу систему более производительной. Кроме того, обязательной является включение данной опции в системе, где установлено несколько процессоров.

Опция ACPI APIC support включает поддержку контроллера прерываний APIC со стороны ACPI.

Disabled (или PIC) – отключить поддержку расширенного контроллера прерываний APIC. Используется стандартный контроллер прерываний;

Enabled (или APIC) – включить поддержку расширенного контроллера прерываний APIC.

Опция также может иметь другие названия:

APIC

APIC Mode

APIC Select

APIC Interrupt Mode

APIC Function

IOAPIC Enable

IOAPIC Function

Interrupt Mode

Примечание 1. ACPI (Advanced Configuration and Power Interface) – это стандарт (спецификация), определяющий способы программного управления электропитанием компонентов компьютера с помощью встроенных средств ОС (операционной системы). Другими словами данная технология предназначена для управления состоянием персонального компьютера и энергопотреблением его компонентов.

Более подробно о том, что такое ACPI Вы можете найти здесь.

Примечание 2. APIC (Advanced Programmable Interrupt Controller) – расширенный программируемый контроллер прерываний, позволяющий использовать 24 аппаратных прерываний вместо 16.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector