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隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，如今的應(yīng)用系統(tǒng)需求量越來(lái)越大，CPU的工作負(fù)載也在不斷提高。為了應(yīng)對(duì)大負(fù)載的情況，操作系統(tǒng)中間件需要提高自身能力和運(yùn)行效率，以支持高度并發(fā)、大數(shù)據(jù)量的應(yīng)用需求。
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Linux作為一個(gè)免費(fèi)、開(kāi)源的操作系統(tǒng)，其內(nèi)核自然成為了研究和討論的熱點(diǎn)。作為一個(gè)開(kāi)放式的平臺(tái)，Linux內(nèi)核允許開(kāi)發(fā)者修改、補(bǔ)丁或直接編寫(xiě)新的代碼，來(lái)提高內(nèi)核的性能和穩(wěn)定性。而在Linux內(nèi)核中，中斷線程化是提高系統(tǒng)效率的關(guān)鍵技術(shù)之一。
一、中斷線程化的概念
了解中斷線程化之前，先要了解中斷。中斷是指CPU遇到不可挽救的異常時(shí)，由硬件發(fā)出的請(qǐng)求，通知操作系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)操作。例如，當(dāng)一個(gè)新數(shù)據(jù)包到達(dá)網(wǎng)卡時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中斷會(huì)通知系統(tǒng)處理該包。而線程，則是進(jìn)程中執(zhí)行具體任務(wù)的單位。
中斷線程化就是將中斷處理的代碼和普通進(jìn)程運(yùn)行的代碼分離為兩個(gè)部分，將中斷處理轉(zhuǎn)換成線程來(lái)運(yùn)行，這樣可以將中斷處理程序放置到核心部分并在處理非中斷時(shí)保持顯著的響應(yīng)能力。
中斷線程化主要作用：
1、降低系統(tǒng)開(kāi)銷。中斷處理后，線程不會(huì)在CPU繼續(xù)運(yùn)行，從而減少了內(nèi)存和CPU資源的占用。
2、增加系統(tǒng)的效率。通過(guò)中斷線程化，可以做到響應(yīng)性能較好，處于中斷上下文時(shí)不被其他中斷所干擾。
二、中斷處理的實(shí)現(xiàn)方式
中斷的實(shí)現(xiàn)方式包括兩部分：底層硬件實(shí)現(xiàn)和上層軟件實(shí)現(xiàn)。對(duì)于硬件中斷來(lái)說(shuō)，指的是從設(shè)備（如網(wǎng)卡、鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等）發(fā)送到CPU的一種機(jī)制。當(dāng)硬件發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，CPU會(huì)立即停止運(yùn)行當(dāng)前的指令或進(jìn)程，轉(zhuǎn)而執(zhí)行已經(jīng)注冊(cè)的中斷處理程序。
在Linux內(nèi)核中，每個(gè)設(shè)備都擁有一個(gè)中斷線路，其有一個(gè)原始中斷處理函數(shù)，當(dāng)中斷線路被觸發(fā)時(shí)，該函數(shù)會(huì)被啟動(dòng)。但是，如果中斷處理函數(shù)占用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，將會(huì)導(dǎo)致操作系統(tǒng)上的所有進(jìn)程都受到阻礙，從而嚴(yán)重影響系統(tǒng)的效率。
為了解決該問(wèn)題，因此產(chǎn)生了中斷線程化的概念。中斷線程化可以將硬件中斷的處理程序轉(zhuǎn)換為線程，當(dāng)中斷請(qǐng)求到達(dá)時(shí)，執(zhí)行線程，從而大幅減少CPU的占用率，提高系統(tǒng)效率。
三、中斷線程化的優(yōu)點(diǎn)
1.提高穩(wěn)定性。中斷線程化可以使得中斷處理程序在普通進(jìn)程中運(yùn)行，這樣能夠更好的保證系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性。
2.提高性能。由于線程的多線程執(zhí)行能力，可以承載更多量的請(qǐng)求，以更快的速度完成任務(wù)，從而提高了系統(tǒng)的效率和性能。
3.減少系統(tǒng)開(kāi)銷。中斷線程化將中斷處理程序從中斷處理部分中分離出來(lái)，有效減少了CPU負(fù)載。
4.提高可維護(hù)性。中斷線程化比較清晰簡(jiǎn)單，對(duì)于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員易于維護(hù)管理。
四、中斷線程化在實(shí)際應(yīng)用中的應(yīng)用
中斷線程化在實(shí)時(shí)應(yīng)用中的應(yīng)用比較廣泛。例如，Linux內(nèi)核中的音頻驅(qū)動(dòng)程序，絕大部分在處理任何外部中斷時(shí)都可以將它們?cè)O(shè)置為線程來(lái)處理。這樣，音頻驅(qū)動(dòng)程序不僅僅能在更少的處理器和內(nèi)存資源下工作，還可以更快地響應(yīng)聲音數(shù)據(jù)。
在對(duì)Linux進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)中斷線程化可以有效地減少網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試程序的運(yùn)行時(shí)間和延遲，其主要原因是中斷線程化可以減少線程上下文的切換。
五、
中斷線程化是提高Linux系統(tǒng)效率的重要技術(shù)之一，它可以將中斷處理程序，以線程的方式運(yùn)行。這樣可以更好地控制共存中斷的處理，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，降低系統(tǒng)開(kāi)銷。
中斷線程化在實(shí)際應(yīng)用中的應(yīng)用比較廣泛，既可以用在音頻驅(qū)動(dòng)程序中，也可以用在網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試中。
在進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)，開(kāi)發(fā)人員可以采用中斷線程化的方法來(lái)提高程序的處理能力，在增強(qiáng)程序的魯棒性、可維護(hù)性和穩(wěn)定性方面都有較好的表現(xiàn)。
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物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)與技術(shù)導(dǎo)論
《物聯(lián)網(wǎng)：技術(shù)、應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)與商業(yè)模式》，電子工業(yè)出版社，等教材。
在學(xué)完高等數(shù)學(xué)，物理，化學(xué)，通信原理，數(shù)字電路，計(jì)算機(jī)原理，程序設(shè)計(jì)原理等課程后開(kāi)設(shè)本課程，全面了解物聯(lián)網(wǎng)之RFID、M2M、傳感網(wǎng)、兩化融合等技術(shù)與應(yīng)用。
C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)
《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》，清華大學(xué)出版社，等教材。
物聯(lián)網(wǎng)涉及底層編程，C語(yǔ)言為必修課，同時(shí)需要了解OSGi，OPC，Silverlight等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
Java程序設(shè)計(jì)
《Java語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教程》，機(jī)械工業(yè)出版社，等教材。
物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層，服務(wù)器端集成技術(shù)，開(kāi)放Java技術(shù)也是必修課，同時(shí)需要了解Eclipse,SWT, Flash, HTML5,SaaS等技術(shù)
無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)概論
《無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)理論、技術(shù)與實(shí)現(xiàn)》,國(guó)防工業(yè)出版社，《短距離無(wú)線通訊入門(mén)與實(shí)戰(zhàn)》北京航空航天大學(xué)出版社，等教材。
學(xué)習(xí)各種無(wú)線RF通訊技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)，Zigbee, 藍(lán)牙，WiFi，GPRS,CDMA，3G, 4G, 5G，Mote等等
TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議
《TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議》，清華大學(xué)出版社，等教材。
TCP/IP以及OSI網(wǎng)絡(luò)分層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是所有有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基礎(chǔ)，Socket編程技術(shù)也是基礎(chǔ)技能，為必修課
嵌入式系統(tǒng)
《嵌入式系統(tǒng)技術(shù)教程》，人民郵電出版社等教材。
嵌入式系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)感知層和通訊層重要技術(shù)，了解TinyOS等，為必修課
傳感器技術(shù)概論
《傳感器技術(shù)》，中國(guó)計(jì)量出版社，等教材。
物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生需要對(duì)傳感器技術(shù)與發(fā)展，尤其是在應(yīng)用中如何選用有所了解，但不一定需要了解傳感器的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，對(duì)相關(guān)的材料科學(xué)，生物技術(shù)等有深入了解
RFID技術(shù)概論
《射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)原理與應(yīng)用》，機(jī)械工業(yè)出版社，等教材。
RFID作為物聯(lián)網(wǎng)主要技術(shù)之一，需要了解，它本身（與智能卡技術(shù)融合）可以是一個(gè)細(xì)分專業(yè)或行業(yè)，也可以是研究生專業(yè)選題方向。
工業(yè)信息化及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)
《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及應(yīng)用教程》，機(jī)械工業(yè)出版社，等教材。
工業(yè)信息化也是物聯(lián)網(wǎng)主要應(yīng)用領(lǐng)域，需要了解，它本身也可以是一個(gè)細(xì)分專業(yè)或行業(yè)，也可作為研究生專業(yè)選題方向。
M2M技術(shù)概論
《M2M: The Wireless Revolution》，TSTC Publishing，等教材。
本書(shū)是美國(guó)“Texas State Techinical College”推出的M2M專業(yè)教材，在美國(guó)首次提出了M2M專業(yè)教學(xué)大綱，M2M也是物聯(lián)網(wǎng)主要領(lǐng)域，需要了解，建議直接用英文授課。
物聯(lián)網(wǎng)軟件、標(biāo)準(zhǔn)、與中間件技術(shù)
《中間件技術(shù)原理與應(yīng)用》，清華大學(xué)出版社，《物聯(lián)網(wǎng)：技術(shù)、應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)與商業(yè)模式》，電子工業(yè)出版社，等教材。
物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵在于應(yīng)用，軟件是靈魂，中間件是產(chǎn)業(yè)化的基石，需要學(xué)習(xí)和了解，尤其是對(duì)畢業(yè)后有志于走向工業(yè)和企業(yè)界的學(xué)生。
物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景十分豐富，幾乎涉及到生產(chǎn)生活的方方面面。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)基本形成，物聯(lián)網(wǎng)作為國(guó)家倡導(dǎo)的新興產(chǎn)業(yè)備受關(guān)注。現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)也是發(fā)展迅速?，F(xiàn)在市場(chǎng)上對(duì)這方面的人才需求量也是很大，預(yù)測(cè) 2023 年中國(guó)就能將成為全球更大的物聯(lián)網(wǎng)連接市場(chǎng)。這樣的市場(chǎng)前景給很多年輕人機(jī)遇與挑戰(zhàn)，學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的人越來(lái)越多，怎么樣系統(tǒng)的學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)呢？下面，給大家提供一個(gè)全新的物聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)路線圖。
之一階段：嵌入式高級(jí)C語(yǔ)言
Linux系統(tǒng)
Linux Ubuntu操作系統(tǒng)安裝、使用、Linux常用命令、samba服務(wù)器、SSH遠(yuǎn)程登錄、GCC編譯器、GDB調(diào)試器、VI編輯器
嵌入式C語(yǔ)言高級(jí)編程
1、C數(shù)據(jù)類型、控制語(yǔ)句
2、C程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)組、函數(shù)、預(yù)處理
3、指針及字符串操作
4、結(jié)構(gòu)體、共用體、宏、枚舉
5、文件I/O操作
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及算法
1、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之單向鏈表、雙向鏈表
2、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之隊(duì)列、棧
3、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之樹(shù)、圖
4、算法之各種排序（選擇法、冒泡法、插入法等）
5、遞歸
6、算法之二分查找
第二階段：嵌入式設(shè)備及GUI開(kāi)發(fā)
嵌入式環(huán)境配置與開(kāi)發(fā)工具學(xué)習(xí)
Linux下項(xiàng)目管理工具M(jìn)ake以及Makefile工作原理及其編寫(xiě)Linux下shell腳本相關(guān)知識(shí)及其編寫(xiě)嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境的基本概念及其搭建A53開(kāi)發(fā)板介紹、設(shè)備使用、A53開(kāi)發(fā)板與電腦通信、交叉編譯
GUI圖形界面開(kāi)發(fā)
常用控件——button、label、text edit等常用布局方式——水平布局、垂直布局、固定布局、網(wǎng)格布局、相對(duì)布局等常用事件及信號(hào)處理技術(shù)——信息回調(diào)、鼠標(biāo)、鍵盤(pán)事件等時(shí)間編程、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、繪圖機(jī)制、定時(shí)器處理、多任務(wù)處理等
第三階段：嵌入式Linux高級(jí)程序設(shè)計(jì)
1、Linux系統(tǒng)調(diào)用概念
2、進(jìn)程相關(guān)概念、多進(jìn)程實(shí)現(xiàn)多任務(wù)開(kāi)發(fā)
3、進(jìn)程間通信:無(wú)名管道、命名管道、信號(hào)、消息隊(duì)列、共享內(nèi)存等
4、多線程實(shí)現(xiàn)多任務(wù)開(kāi)發(fā)
5、多任務(wù)的同步互斥開(kāi)發(fā)：互斥鎖、信號(hào)量
第四階段：Linux高級(jí)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)
1、網(wǎng)絡(luò)相關(guān)概念及網(wǎng)絡(luò)發(fā)展
2、TCP/IP協(xié)議
3、socket編程、TCP網(wǎng)絡(luò)編程、UDP網(wǎng)絡(luò)編程、Web編程開(kāi)發(fā)等
4、Linux網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)，Linux網(wǎng)絡(luò)編程相關(guān)5、TCP協(xié)議服務(wù)器的編程方法和并發(fā)服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)
6、HTTP協(xié)議及其實(shí)現(xiàn)方法，熟悉UDP廣播、多播的原理及編程方法，掌握混合C/S架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
7、IPv6與IPv4協(xié)議，及其編程接口
8、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信過(guò)程
9、網(wǎng)絡(luò)原始套接字概念及編程接口
第五階段：數(shù)據(jù)庫(kù)及web編程開(kāi)發(fā)
數(shù)據(jù)庫(kù)及web編程開(kāi)發(fā)
1、數(shù)據(jù)庫(kù)概念、數(shù)據(jù)庫(kù)類型
2、Sqlite數(shù)據(jù)庫(kù)介紹及其安裝與移植
3、SQL數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言(數(shù)據(jù)定義語(yǔ)言（DDL）、數(shù)據(jù)操作語(yǔ)言(DML)、數(shù)據(jù)查詢語(yǔ)言(DQL)、數(shù)據(jù)控制語(yǔ)言(DCL))br
4、Sqlite數(shù)據(jù)庫(kù)C語(yǔ)言編程中的各種SQL指令執(zhí)行函數(shù)完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的控制
5、HTML語(yǔ)言開(kāi)發(fā)
6、Javascript語(yǔ)言開(kāi)發(fā)
7、AJAX開(kāi)發(fā)
8、cgi程序開(kāi)發(fā)
第六階段：C++面向?qū)ο蟾呒?jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)
1.熟悉面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言概述
2.熟練掌握c++語(yǔ)言的基本知識(shí)和類與對(duì)象及其高級(jí)應(yīng)用
3、作用域運(yùn)算符、內(nèi)聯(lián)函數(shù)、強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換
4、new、delete內(nèi)存管理
5、對(duì)象成員、成員函數(shù)
6、構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)、拷貝構(gòu)造函數(shù)、函數(shù)重載
7、對(duì)象數(shù)組、this指針、枚舉、
8、靜態(tài)成員、靜態(tài)成員函數(shù)
9、對(duì)象成員
10、友元
11、封裝、繼承、多繼承、多態(tài)
12、虛函數(shù)、純虛函數(shù)、抽象類、虛析構(gòu)函數(shù)等
第七階段：物聯(lián)網(wǎng)
1、了解物聯(lián)網(wǎng)、泛在網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)基本要領(lǐng)及其關(guān)系
2、熟悉RFID從低頻段到高頻段的基本工作原理，以及RFID標(biāo)簽的種類與行業(yè)應(yīng)用，讀卡器原理與通信過(guò)程
3、熟悉TI的cc2530的基本應(yīng)用，包含基本硬件資源，協(xié)議棧相關(guān)接口使用，以及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信、星形通信、廣播通信、綁定通信，三種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)star、tree、mesh，掌握zibgee相關(guān)微控制處理芯片
4、了解zigbe協(xié)議棧組成，以及zigbee在通信、組網(wǎng)、搖控等領(lǐng)域的不同應(yīng)用
5、通過(guò)Bluetooth、wifi和zigbee技術(shù)對(duì)比各自的優(yōu)缺點(diǎn)，并重點(diǎn)介紹zigbee的各種應(yīng)用
6、掌握溫度、濕度、光照、PH值、二氧化碳等傳感器的工作原理及通信接口
7、了解NB-IOT基本概念及移運(yùn)BC95模塊
8、熟悉CoAP協(xié)議在NB-IOT中的應(yīng)用
9、掌握常用AT指定集
第八階段：CortexA53 Linux平臺(tái)驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)
1、了解ARM處理器基本特征及工作原理
2、掌握ARM裸機(jī)程序開(kāi)發(fā)以及裸機(jī)編譯工具的使用
3、嵌入式Bootloader原理分析及其移植
4、嵌入式Linux內(nèi)核結(jié)構(gòu)分析及其移植
5、掌握嵌入式Linux根文件系統(tǒng)組成分析及其制作過(guò)程
6、掌握嵌入式Linux三大類設(shè)備驅(qū)動(dòng)基本概念
7、掌握Linux字符驅(qū)動(dòng)框架及GPIO輸入輸出驅(qū)動(dòng)
8、Linux中斷機(jī)制處理及響應(yīng)過(guò)程
9、Linux下SPI/IIC/UART串行通信技術(shù)驅(qū)動(dòng)編寫(xiě)與應(yīng)用
10、Linux下input設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架介紹
11、Linux下platform機(jī)制設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架介紹
12、Linux下kfifo緩沖機(jī)制、并發(fā)與競(jìng)態(tài)(如互斥鎖與信息號(hào)等)講解
13、Linux驅(qū)動(dòng)中的阻塞與非阻塞
14、Linux下塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架——RAMdisk驅(qū)動(dòng)實(shí)例編寫(xiě)
15、USB設(shè)備硬件設(shè)計(jì)原理、驅(qū)動(dòng)協(xié)議架構(gòu)、驅(qū)動(dòng)開(kāi)以流程
16、了解Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)模型(kobject、kset、子系統(tǒng)、底層sysfs操作、虛擬總線等)
第九階段：項(xiàng)目實(shí)操
對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的學(xué)習(xí)，很多小白無(wú)從下手，有了這個(gè)學(xué)習(xí)路線圖，可以先從基礎(chǔ)開(kāi)始學(xué)習(xí)，慢慢加深。
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香港服務(wù)器選創(chuàng)新互聯(lián)，2H2G首月10元開(kāi)通。
創(chuàng)新互聯(lián)（www.cdcxhl.com）互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商,擁有超過(guò)10年的服務(wù)器租用、服務(wù)器托管、云服務(wù)器、虛擬主機(jī)、網(wǎng)站系統(tǒng)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)。專業(yè)提供云主機(jī)、虛擬主機(jī)、域名注冊(cè)、VPS主機(jī)、云服務(wù)器、香港云服務(wù)器、免備案服務(wù)器等。
本文名稱：Linux中斷線程化：提高系統(tǒng)效率的關(guān)鍵技術(shù)(linux中斷線程化)
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