BUT2FI_2026_R3.05/tp/tp4/interruptions.md

Interruptions - Ordonnancement

• partie 1 : interruptions
• partie 2 : Ordonnamcement

Ex1 :

Linux fournit les compteurs d'interruptions dans :

cat /proc/interrupts

Exécutez :

cat /proc/interrupts

Vous devriez obtenir un tableau comportant notamment une colonne par CPU.

Pour connaître le nombre de processeurs logiques :

nproc

Vous pouvez également utiliser :

lscpu

1. Combien de processeurs logiques possède votre machine ?
2. Combien de colonnes correspondant aux CPU observez-vous dans /proc/interrupts ?
3. À quoi correspond chaque ligne du tableau ?
4. Pourquoi les compteurs sont-ils différents selon les CPU ?

Ex2

Une interruption matérielle peut être générée lorsqu'un périphérique demande l'attention du processeur. Sur un PC traditionnel, le clavier est associé à l'IRQ 1. Recherchez les informations relatives au clavier :

grep -i keyboard /proc/interrupts

Vous pouvez également rechercher le contrôleur i8042 :

grep i8042 /proc/interrupts

Sur de nombreuses machines, vous observerez une ligne semblable à :

1:    ...    IR-IO-APIC   1-edge   i8042

Le numéro 1 est le numéro d'IRQ.

Le suffixe :

1-edge

indique que cette interruption est configurée en mode déclenché sur front (edge-triggered).

Dans un terminal, lancez :

watch -n 1 'grep "^ *1:" /proc/interrupts'

Puis appuyez plusieurs fois sur des touches.

1. Le compteur de l'IRQ 1 augmente-t-il lorsque vous utilisez le clavier ?
2. Sur quel CPU le compteur augmente-t-il ?
3. Pourquoi le clavier n'a-t-il pas besoin d'être interrogé en permanence par le processeur ?
4. Quelle différence faites-vous entre :
   • une interruption ;
   • une interrogation périodique (polling) ?

Ex3

Linux permet de contrôler les processeurs auxquels une IRQ peut être distribuée.

Pour l'IRQ 1 :

cat /proc/irq/1/smp_affinity

Vous pouvez également utiliser :

cat /proc/irq/1/effective_affinity

et :

cat /proc/irq/1/effective_affinity_list

1. Quel est le masque d'affinité pour l'IRQ 1 sur votre machine ?
2. Quel(s) CPU(s) est(sont) séléctionné(s) pour la gérer ?
3. Y-a-t-il un interêt à la gérer toujours sur le même cpu ?

Ex4

Sur une machine multicœur, un processeur peut avoir besoin de demander une action à un autre processeur.

Linux utilise alors des IPI (Inter-Processor Interrupts).

Examinez :

cat /proc/interrupts

Recherchez notamment les lignes :

LOC
RES
CAL
TLB

Les significations importantes sont :

• LOC : interruptions du timer local ;
• RES : demandes de réordonnancement ;
• CAL : appels de fonctions entre CPU ;
• TLB : invalidations de TLB entre CPU.

LOC : timer local

LOC correspond aux interruptions du timer local de chaque CPU.

Elles permettent notamment au noyau d'effectuer certaines opérations liées :

• à la gestion du temps ;
• à la comptabilisation du temps CPU ;
• à l'ordonnancement.

1. Pourquoi chaque CPU possède-t-il son propre compteur LOC ?

RES : rescheduling

Une ligne RES correspond à des demandes de réordonnancement transmises entre CPU.

Par exemple, un CPU peut devoir signaler à un autre CPU qu'il doit réévaluer le processus actuellement exécuté.

1. Pourquoi un CPU peut-il avoir besoin de demander à un autre CPU de réévaluer son ordonnancement ?

TLB — TLB shootdown

Le TLB (Translation Lookaside Buffer) contient des traductions récentes :

adresse virtuelle → adresse physique

Supposons qu'un CPU modifie les tables de pages d'un processus.

Un autre CPU peut encore posséder dans son TLB une ancienne traduction.

Linux doit alors demander à ce CPU d'invalider l'entrée correspondante.

Il peut utiliser une IPI.

Le mécanisme est souvent appelé :

TLB shootdown

1. Pourquoi une modification des tables de pages peut-elle nécessiter une action sur un autre CPU ?
2. Pourquoi le TLB doit-il être invalidé ?
3. Une IPI TLB provient-elle d'un périphérique matériel externe ?

Ex4

Pour déclencher l’exception Illegal instruction , il faut exécuter du code invalide pour le processeur employé. C’est difficile avec les architectures actuelles car les pages de code sont verrouillées en lecture seule (donc impossible de modifier des fonctions existantes) et les pages de données ne sont pas exécutables (donc impossible d’y dérouter l’exécution).

La solution consiste à générer un code assembleur invalide et à l’insérer manuellement dans un programme C, comme c’est fait dans le fichier
illegal.c (les instructions sont invalides pour un processeur x86, il faudra peut-être changer les valeurs si on le teste sur une autre architecture).

1. Observez l'effet avec

   strace ./illegal
   

   Comment l'exception s'est traduite au niveau du processus fautif ?