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:
Также мы посмотрим на порядок, в котором ОС смотрит таблицы роутинга прерываний (ACPI/MPtable/$PIR) и какое влияние на него окажет добавление опций загрузки:
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.
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:
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.
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:
Вывод /proc/interrupts:
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).
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.
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.
Вывод /proc/interrupts:
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»:
Вывод /proc/interrupts:
Как операционная система получает информацию о роутинге прерываний от устройств? BIOS подготавливает информацию для ОС в виде:
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:
В случае если мы грузимся с опцией noapic:
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_):
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):
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 $PIR. Так что и выводы /proc/interrupts отличаться не должны. Однако в процессе исследований заметил одну странность. При роутинге через MPtable в выводе почему-то присутствует каскадное прерывание «XT-PIC-XT-PIC cascade».
Немного странно, что так происходит, но в документации ядра вроде говорится, что это нормально.
В заключении ещё раз обозначим разобранные опции.
Опции выбора контроллера прерываний:
Опции выбора приоритетной таблицы роутинга прерываний:
В следующей части посмотрим как coreboot настраивает чипсет для роутинга прерываний.
В этой практической части мы рассмотрим как откатиться к использованию устаревших методов доставки прерываний в Linux, а именно рассмотрим опции загрузки ядра:
- pci=nomsi
- noapic
- nolapic
Также мы посмотрим на порядок, в котором ОС смотрит таблицы роутинга прерываний (ACPI/MPtable/$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
cat /proc/interruptsВывод при загрузке без дополнительных опций:
CPU0 CPU1 CPU2 CPU3
0: 15 0 0 0 IO-APIC-edge timer
1: 0 1 0 1 IO-APIC-edge i8042
8: 0 0 0 1 IO-APIC-edge rtc0
9: 0 0 0 0 IO-APIC-fasteoi acpi
12: 0 0 0 1 IO-APIC-edge
23: 16 247 7 10 IO-APIC-fasteoi ehci_hcd:usb1
56: 0 0 0 0 PCI-MSI-edge aerdrv,PCIe PME
57: 0 0 0 0 PCI-MSI-edge aerdrv,PCIe PME
58: 0 0 0 0 PCI-MSI-edge aerdrv,PCIe PME
59: 0 0 0 0 PCI-MSI-edge aerdrv,PCIe PME
60: 0 0 0 0 PCI-MSI-edge aerdrv,PCIe PME
61: 0 0 0 0 PCI-MSI-edge aerdrv,PCIe PME
62: 3118 1984 972 3454 PCI-MSI-edge ahci
63: 1 0 0 0 PCI-MSI-edge eth59
64: 2095 57 4 832 PCI-MSI-edge eth59-rx-0
65: 6 18 1 1309 PCI-MSI-edge eth59-rx-1
66: 13 512 2 1 PCI-MSI-edge eth59-rx-2
67: 10 61 232 2 PCI-MSI-edge eth59-rx-3
68: 169 0 0 0 PCI-MSI-edge eth59-tx-0
69: 14 14 4 205 PCI-MSI-edge eth59-tx-1
70: 11 491 3 0 PCI-MSI-edge eth59-tx-2
71: 20 19 134 50 PCI-MSI-edge eth59-tx-3
72: 0 0 0 0 PCI-MSI-edge eth58
73: 2 1 0 152 PCI-MSI-edge eth58-rx-0
74: 3 150 2 0 PCI-MSI-edge eth58-rx-1
75: 2 34 117 2 PCI-MSI-edge eth58-rx-2
76: 153 0 2 0 PCI-MSI-edge eth58-rx-3
77: 4 0 2 149 PCI-MSI-edge eth58-tx-0
78: 4 149 2 0 PCI-MSI-edge eth58-tx-1
79: 4 0 117 34 PCI-MSI-edge eth58-tx-2
80: 153 0 2 0 PCI-MSI-edge eth58-tx-3
81: 66 106 2 101 PCI-MSI-edge snd_hda_intel
82: 928 5657 262 224 PCI-MSI-edge i915
83: 545 56 32 15 PCI-MSI-edge snd_hda_intel
NMI: 0 0 0 0 Non-maskable interrupts
LOC: 4193 3644 3326 3499 Local timer interrupts
SPU: 0 0 0 0 Spurious interrupts
PMI: 0 0 0 0 Performance monitoring interrupts
IWI: 290 233 590 111 IRQ work interrupts
RTR: 3 0 0 0 APIC ICR read retries
RES: 1339 2163 2404 1946 Rescheduling interrupts
CAL: 607 537 475 559 Function call interrupts
TLB: 163 202 164 251 TLB shootdowns
TRM: 48 48 48 48 Thermal event interrupts
THR: 0 0 0 0 Threshold APIC interrupts
MCE: 0 0 0 0 Machine check exceptions
MCP: 3 3 3 3 Machine check polls
ERR: 0
MIS: 0
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).
lspci -v00:02.0 VGA compatible controller: Intel Corporation Haswell-ULT Integrated Graphics Controller (rev 09) (prog-if 00 [VGA controller])
...
Capabilities: [90] MSI: Enable+ Count=1/1 Maskable- 64bit-
Capabilities: [d0] Power Management version 2
Capabilities: [a4] PCI Advanced Features
Kernel driver in use: i915
00:03.0 Audio device: Intel Corporation Haswell-ULT HD Audio Controller (rev 09
...
Capabilities: [60] MSI: Enable+ Count=1/1 Maskable- 64bit-
Capabilities: [70] Express Root Complex Integrated Endpoint, MSI 00
Kernel driver in use: snd_hda_intel
00:1b.0 Audio device: Intel Corporation 8 Series HD Audio Controller (rev 04)
...
Capabilities: [60] MSI: Enable+ Count=1/1 Maskable- 64bit+
Capabilities: [70] Express Root Complex Integrated Endpoint, MSI 00
Capabilities: [100] Virtual Channel
Kernel driver in use: snd_hda_intel
00:1f.2 SATA controller: Intel Corporation 8 Series SATA Controller 1 [AHCI mode] (rev 04) (prog-if 01 [AHCI 1.0])
...
Capabilities: [80] MSI: Enable+ Count=1/1 Maskable- 64bit-
Capabilities: [70] Power Management version 3
Capabilities: [a8] SATA HBA v1.0
Kernel driver in use: ahci
05:00.0 Ethernet controller: Intel Corporation I350 Gigabit Network Connection (rev 01)
...
Capabilities: [50] MSI: Enable- Count=1/1 Maskable+ 64bit+
Capabilities: [70] MSI-X: Enable+ Count=10 Masked-
Capabilities: [a0] Express Endpoint, MSI 00
Kernel driver in use: igb
05:00.1 Ethernet controller: Intel Corporation I350 Gigabit Network Connection (rev 01)
...
Capabilities: [50] MSI: Enable- Count=1/1 Maskable+ 64bit+
Capabilities: [70] MSI-X: Enable+ Count=10 Masked-
Capabilities: [a0] Express Endpoint, MSI 00
Kernel driver in use: igbКак 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:
Вывод /proc/interrupts:
CPU0 CPU1 CPU2 CPU3
0: 15 0 0 0 IO-APIC-edge timer
1: 0 1 0 1 IO-APIC-edge i8042
8: 0 0 1 0 IO-APIC-edge rtc0
9: 0 0 0 0 IO-APIC-fasteoi acpi
12: 0 0 0 1 IO-APIC-edge
16: 1314 5625 342 555 IO-APIC-fasteoi i915, snd_hda_intel, eth59
17: 5 0 1 34 IO-APIC-fasteoi eth58
21: 2882 2558 963 2088 IO-APIC-fasteoi ahci
22: 26 81 2 170 IO-APIC-fasteoi snd_hda_intel
23: 23 369 8 8 IO-APIC-fasteoi ehci_hcd:usb1
NMI: 0 0 0 0 Non-maskable interrupts
LOC: 3011 3331 2435 2617 Local timer interrupts
SPU: 0 0 0 0 Spurious interrupts
PMI: 0 0 0 0 Performance monitoring interrupts
IWI: 197 228 544 85 IRQ work interrupts
RTR: 3 0 0 0 APIC ICR read retries
RES: 1708 2349 1821 1569 Rescheduling interrupts
CAL: 520 554 509 555 Function call interrupts
TLB: 187 181 205 179 TLB shootdowns
TRM: 102 102 102 102 Thermal event interrupts
THR: 0 0 0 0 Threshold APIC interrupts
MCE: 0 0 0 0 Machine check exceptions
MCP: 2 2 2 2 Machine check polls
ERR: 0
MIS: 0Все 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:
igb: Intel(R) Gigabit Ethernet Network Driver - version 5.0.5-k
igb: Copyright (c) 2007-2013 Intel Corporation.
acpi:acpi_pci_irq_enable: igb 0000:05:00.0: PCI INT A -> GSI 16 (level, low) -> IRQ 16
igb 0000:05:00.0: irq 63 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.0: irq 64 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.0: irq 65 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.0: irq 66 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.0: irq 67 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.0: irq 68 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.0: irq 69 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.0: irq 70 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.0: irq 71 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.0: irq 63 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.0: irq 64 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.0: irq 65 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.0: irq 66 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.0: irq 67 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.0: irq 68 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.0: irq 69 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.0: irq 70 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.0: irq 71 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.0: added PHC on eth0
igb 0000:05:00.0: Intel(R) Gigabit Ethernet Network Connection
igb 0000:05:00.0: eth0: (PCIe:5.0Gb/s:Width x1) 00:15:d5:03:00:2a
igb 0000:05:00.0: eth0: PBA No: 106300-000
igb 0000:05:00.0: Using MSI-X interrupts. 4 rx queue(s), 4 tx queue(s)
acpi:acpi_pci_irq_enable: igb 0000:05:00.1: PCI INT B -> GSI 17 (level, low) -> IRQ 17
igb 0000:05:00.1: irq 72 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.1: irq 73 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.1: irq 74 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.1: irq 75 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.1: irq 76 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.1: irq 77 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.1: irq 78 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.1: irq 79 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.1: irq 80 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.1: irq 72 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.1: irq 73 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.1: irq 74 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.1: irq 75 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.1: irq 76 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.1: irq 77 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.1: irq 78 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.1: irq 79 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.1: irq 80 for MSI/MSI-X
igb 0000:05:00.1: added PHC on eth1
igb 0000:05:00.1: Intel(R) Gigabit Ethernet Network Connection
igb 0000:05:00.1: eth1: (PCIe:5.0Gb/s:Width x1) 00:15:d5:03:00:2b
igb 0000:05:00.1: eth1: PBA No: 106300-000
igb 0000:05:00.1: Using MSI-X interrupts. 4 rx queue(s), 4 tx queue(s)— загрузка с опцией pci=nomsi
igb: Intel(R) Gigabit Ethernet Network Driver - version 5.0.5-k
igb: Copyright (c) 2007-2013 Intel Corporation.
acpi:acpi_pci_irq_enable: igb 0000:05:00.0: PCI INT A -> GSI 16 (level, low) -> IRQ 16
igb 0000:05:00.0: added PHC on eth0
igb 0000:05:00.0: Intel(R) Gigabit Ethernet Network Connection
igb 0000:05:00.0: eth0: (PCIe:5.0Gb/s:Width x1) 00:15:d5:03:00:2a
igb 0000:05:00.0: eth0: PBA No: 106300-000
igb 0000:05:00.0: Using legacy interrupts. 1 rx queue(s), 1 tx queue(s)
acpi:acpi_pci_irq_enable: igb 0000:05:00.1: PCI INT B -> GSI 17 (level, low) -> IRQ 17
igb 0000:05:00.1: added PHC on eth1
igb 0000:05:00.1: Intel(R) Gigabit Ethernet Network Connection
igb 0000:05:00.1: eth1: (PCIe:5.0Gb/s:Width x1) 00:15:d5:03:00:2b
igb 0000:05:00.1: eth1: PBA No: 106300-000
igb 0000:05:00.1: Using legacy interrupts. 1 rx queue(s), 1 tx queue(s)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).
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.
CPU0 CPU1 CPU2 CPU3
0: 5 0 0 0 XT-PIC-XT-PIC timer
1: 2 0 0 0 XT-PIC-XT-PIC i8042
2: 0 0 0 0 XT-PIC-XT-PIC cascade
8: 1 0 0 0 XT-PIC-XT-PIC rtc0
9: 0 0 0 0 XT-PIC-XT-PIC acpi
12: 172 0 0 0 XT-PIC-XT-PIC ehci_hcd:usb1
56: 0 0 0 0 PCI-MSI-edge aerdrv, PCIe PME
57: 0 0 0 0 PCI-MSI-edge aerdrv, PCIe PME
58: 0 0 0 0 PCI-MSI-edge aerdrv, PCIe PME
59: 0 0 0 0 PCI-MSI-edge aerdrv, PCIe PME
60: 0 0 0 0 PCI-MSI-edge aerdrv, PCIe PME
61: 0 0 0 0 PCI-MSI-edge aerdrv, PCIe PME
62: 2833 2989 1021 811 PCI-MSI-edge ahci
63: 0 1 0 0 PCI-MSI-edge eth59
64: 301 52 9 3 PCI-MSI-edge eth59-rx-0
65: 12 24 3 178 PCI-MSI-edge eth59-rx-1
66: 14 85 6 2 PCI-MSI-edge eth59-rx-2
67: 17 24 307 1 PCI-MSI-edge eth59-rx-3
68: 70 18 8 10 PCI-MSI-edge eth59-tx-0
69: 7 0 0 23 PCI-MSI-edge eth59-tx-1
70: 15 227 2 2 PCI-MSI-edge eth59-tx-2
71: 18 6 27 2 PCI-MSI-edge eth59-tx-3
72: 0 0 0 0 PCI-MSI-edge eth58
73: 1 0 0 27 PCI-MSI-edge eth58-rx-0
74: 1 22 0 5 PCI-MSI-edge eth58-rx-1
75: 1 0 22 5 PCI-MSI-edge eth58-rx-2
76: 23 0 0 5 PCI-MSI-edge eth58-rx-3
77: 1 0 0 27 PCI-MSI-edge eth58-tx-0
78: 1 22 0 5 PCI-MSI-edge eth58-tx-1
79: 1 0 22 5 PCI-MSI-edge eth58-tx-2
80: 23 0 0 5 PCI-MSI-edge eth58-tx-3
81: 187 17 70 7 PCI-MSI-edge snd_hda_intel
82: 698 1647 247 129 PCI-MSI-edge i915
83: 438 135 16 59 PCI-MSI-edge snd_hda_intel
NMI: 0 0 0 0 Non-maskable interrupts
LOC: 1975 2499 2245 1474 Local timer interrupts
SPU: 0 0 0 0 Spurious interrupts
PMI: 0 0 0 0 Performance monitoring interrupts
IWI: 132 67 429 91 IRQ work interrupts
RTR: 3 0 0 0 APIC ICR read retries
RES: 1697 2178 1903 1541 Rescheduling interrupts
CAL: 561 496 534 567 Function call interrupts
TLB: 229 254 170 137 TLB shootdowns
TRM: 78 78 78 78 Thermal event interrupts
THR: 0 0 0 0 Threshold APIC interrupts
MCE: 0 0 0 0 Machine check exceptions
MCP: 2 2 2 2 Machine check polls
ERR: 0
MIS: 0Как 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.
Вывод /proc/interrupts:
CPU0
0: 6416 XT-PIC-XT-PIC timer
1: 2 XT-PIC-XT-PIC i8042
2: 0 XT-PIC-XT-PIC cascade
3: 5067 XT-PIC-XT-PIC aerdrv, aerdrv, PCIe PME, PCIe PME, i915, snd_hda_intel, eth59
4: 32 XT-PIC-XT-PIC aerdrv, aerdrv, PCIe PME, PCIe PME, eth58
5: 0 XT-PIC-XT-PIC aerdrv, PCIe PME
6: 0 XT-PIC-XT-PIC aerdrv, PCIe PME
8: 1 XT-PIC-XT-PIC rtc0
9: 0 XT-PIC-XT-PIC acpi
11: 274 XT-PIC-XT-PIC snd_hda_intel
12: 202 XT-PIC-XT-PIC ehci_hcd:usb1
15: 7903 XT-PIC-XT-PIC ahci
NMI: 0 Non-maskable interrupts
LOC: 0 Local timer interrupts
SPU: 0 Spurious interrupts
PMI: 0 Performance monitoring interrupts
IWI: 0 IRQ work interrupts
RTR: 0 APIC ICR read retries
RES: 0 Rescheduling interrupts
CAL: 0 Function call interrupts
TLB: 0 TLB shootdowns
TRM: 0 Thermal event interrupts
THR: 0 Threshold APIC interrupts
MCE: 0 Machine check exceptions
MCP: 1 Machine check polls
ERR: 0
MIS: 0
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»:
Вывод /proc/interrupts:
CPU0 CPU1 CPU2 CPU3
0: 5 0 0 0 XT-PIC-XT-PIC timer
1: 2 0 0 0 XT-PIC-XT-PIC i8042
2: 0 0 0 0 XT-PIC-XT-PIC cascade
3: 5072 0 0 0 XT-PIC-XT-PIC i915, snd_hda_intel, eth59
4: 32 0 0 0 XT-PIC-XT-PIC eth58
8: 1 0 0 0 XT-PIC-XT-PIC rtc0
9: 0 0 0 0 XT-PIC-XT-PIC acpi
11: 281 0 0 0 XT-PIC-XT-PIC snd_hda_intel
12: 200 0 0 0 XT-PIC-XT-PIC ehci_hcd:usb1
15: 7930 0 0 0 XT-PIC-XT-PIC ahci
NMI: 0 0 0 0 Non-maskable interrupts
LOC: 2595 2387 2129 1697 Local timer interrupts
SPU: 0 0 0 0 Spurious interrupts
PMI: 0 0 0 0 Performance monitoring interrupts
IWI: 159 90 482 135 IRQ work interrupts
RTR: 3 0 0 0 APIC ICR read retries
RES: 1568 1666 1810 1833 Rescheduling interrupts
CAL: 431 556 549 558 Function call interrupts
TLB: 124 184 156 274 TLB shootdowns
TRM: 116 116 116 116 Thermal event interrupts
THR: 0 0 0 0 Threshold APIC interrupts
MCE: 0 0 0 0 Machine check exceptions
MCP: 2 2 2 2 Machine check polls
ERR: 0
MIS: 0Таблицы 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
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:
CPU0
0: 6 XT-PIC-XT-PIC timer
1: 2 XT-PIC-XT-PIC i8042
2: 0 XT-PIC-XT-PIC cascade
8: 0 XT-PIC-XT-PIC rtc0
12: 373 XT-PIC-XT-PIC ehci_hcd:usb1
16: 0 PCI-MSI-edge PCIe PME
17: 0 PCI-MSI-edge PCIe PME
18: 0 PCI-MSI-edge PCIe PME
19: 0 PCI-MSI-edge PCIe PME
20: 0 PCI-MSI-edge PCIe PME
21: 0 PCI-MSI-edge PCIe PME
22: 8728 PCI-MSI-edge ahci
23: 1 PCI-MSI-edge eth59
24: 1301 PCI-MSI-edge eth59-rx-0
25: 113 PCI-MSI-edge eth59-tx-0
26: 0 PCI-MSI-edge eth58
27: 45 PCI-MSI-edge eth58-rx-0
28: 45 PCI-MSI-edge eth58-tx-0
29: 1280 PCI-MSI-edge snd_hda_intel
NMI: 2 Non-maskable interrupts
LOC: 24076 Local timer interrupts
SPU: 0 Spurious interrupts
PMI: 2 Performance monitoring interrupts
IWI: 2856 IRQ work interrupts
RTR: 0 APIC ICR read retries
RES: 0 Rescheduling interrupts
CAL: 0 Function call interrupts
TLB: 0 TLB shootdowns
TRM: 34 Thermal event interrupts
THR: 0 Threshold APIC interrupts
MCE: 0 Machine check exceptions
MCP: 2 Machine check polls
ERR: 0
MIS: 0
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».
CPU0 CPU1 CPU2 CPU3
0: 15 0 0 0 IO-APIC-edge timer
1: 2 0 0 0 IO-APIC-edge i8042
2: 0 0 0 0 XT-PIC-XT-PIC cascade
8: 0 1 0 0 IO-APIC-edge rtc0
9: 0 0 0 0 IO-APIC-edge acpi
...
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.
