“ 各位小伙伴，我是小笨叔。笨叔尽量每天给大家分享一点点小东西，可能是笨笨的、傻傻的、甜甜的、酸酸的小点滴，记录这每一刻每一天的小感悟，就像小雨点一样，它会缓缓会合到大江大海！”
上次提到LinuxCon大会，这种大会正如笨叔说的
“听君一席话，胜读十年书”
笨叔有幸在北京访问了Linux社区外面一位老前辈，凝听他当年在80~90年代做CPU处理器体系结构和Linux操作系统的鲜为人知的历史和对人生和技术的感悟，让笨叔大受启发。
在闲聊中，他提到为什么ARM32的处理器须要7种处理器模式，而且每一种处理器模式都须要一个独自的栈空间？比方irq模式，为什么ARM32的设计里须要一个独自的irq模式，而且这个irq模式只有12个字节？为什么不和SVC模式专用一个栈呢？比方x86等传统经典的处理器架构里，是没有为irq独自开拓一个栈的。
这些是十分好的问题，引发了笨叔回到上海持续思考。本文抛砖引玉，心愿有趣味的小伙伴能够在文章前面留言发表您的观点。
01 ARM32上的设计
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咱们来看一下ARM32上，如果产生了一个irq中断，ARM32处理器是怎么解决的？咱们晓得ARM32外面有一个奇葩的7个工作模式：
如上图所示，在ARMV6之前，ARM的处理器模式有7个。失常的内核是跑在SVC模式的，用户态app是跑在User模式，而其余几个就是咱们常说的IRQ中断，FIQ中断和几个异样模式。如果比照x86的话，x86只有ring0 ~ ring3这4个特权级别，内核跑着ring 0里，而用户态跑在ring 3里，而没有辨别SVC模式，IRQ模式等。
咱们在看看ARMv7上改良。
抛开secure模式不谈，在non-secure即normal world来说，ARMv7在持续沿用7个模式的根底上又辨别了PL0模式和PL1和PL2模式， PL是privilege level的意思。简略来说：
PL0模式：用户模式，等同于以前的USER模式
PL1操作系统模式：蕴含以前的SVC模式，IRQ模式，FIQ模式
PL2虚拟化模式：新增的模式，有点相似x86上虚拟化扩大的root模式
如果说ARM32的设计的正当的话，咱们看看ARM v8里的设计。
ARMv8外面曾经齐全摈弃ARMv7之前的做法了，连名字都该了，当初叫做EL，也就是exception level，而且每一个EL级别的异样也变了。其中
名字改了之后，每个EL级别管辖的范畴和权力就不一样了，是不是很像x86外面的ring0~ring3呢，谁叫你x86在PC和服务器上这么火呢？所以，x86上的长处，ARM当然要好好学习啦。
除了这个之外，还齐全摈弃了SVC, IRQ, FIQ等等那7个模式了，这和ARMv7又有很多不同了。当初ARMv8上，异样分成两种：
同步异样：比方MMU的一些拜访权限问题
异步异样：这个就大家常见的IRQ, FIQ, ERR
而且还有一点，ARMv8外面，不再为每个异样类型设置一个专门的栈，比方IRQ曾经没有独自的栈了，当初的栈，只有每个EL才有栈。
02 ARM32中断栈
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ARM32产生中断之后，IRQ栈和SVC栈的状况如下：
上述这个图就是ARM32在Linux内核中，产生IRQ中，栈的变动状况，大家能够看《奔跑吧Linux内核》第621~626页。总的来说，IRQ模式上面的栈值保留了产生中断那个现场的SPSR, LR, SP_IRQ三个寄存器的内容。而后切换模式到SVC模式，进一步保留通用寄存器到SVC的栈空间里。所以在ARM32里，中断产生之后，其实是应用了两个模式的栈，一个是IRQ的栈，另外一个SVC模式的栈，这个SVC的栈，在Linux内核里其实就是内核栈。
那在X86里，是怎么样的呢？x86处理器里有一个TSS(Task State Segment)，当中断产生时，用户过程或者处于用户态（特权级3)或者处于内核态(特权级0)，如果是在用户态，那么会产生栈的切换问题，也就是会切换到内核态的栈，如果是在内核态，那么就没有栈切换的问题。然而x86处理器在特权级0上只有一个ESP,这意味着中断产生后，只能应用一个栈，这个栈就是内核栈(kernel stack)。处理器的硬件逻辑会将被中断过程的下条指令(CS,EIP)以及EFLAG压入栈，当然如果产生用户态栈向内核态栈的切换，处理器还会把用户态的(SS, ESP)也压入栈，此时应用的就是内核栈。这个行为属于处理器的硬件逻辑领域，不是系统软件的行为。
另外一方面，当初Linux内核在x86或者其余体系结构里，曾经反对内核栈和中断栈拆散的办法了。当然，这里说的中断栈不是本文说的那个CPU外部的中断栈，而是和内核栈相似的一个栈，也就是在中断处理程序中，和SVC模式应用的内核栈拆散。这是内核设计的问题了，总之，中断栈可与内核栈共享，也可重新分配一个独立的中断栈。然而负面因素是中断栈如果产生嵌套，可能毁坏内核栈的一些数据，因为毕竟共享，所以栈空间有时候难免会顾此失彼。所以在x86的Linux中，总是应用拆散的内核栈设计。零碎中每个过程都会领有属于本人的内核栈，而零碎中每个CPU都将为中断解决筹备了两个独立的中断栈，别离是hardirq栈和softirq栈。留神，这是OS的设计问题，不是明天咱们想探讨的CPU硬件设计上的中断栈拆散。
上面是Linux内核外面x86架构应用拆散的中断栈的补丁。
https://git.kernel.org/pub/sc…
那为啥子ARM32要为IRQ模式设置独自一个12字节的栈呢，而不是复用SVC模式的栈呢？
笨叔翻阅了ARM相干的技术文档也没找到答案，我猜想可能是因为一个重要的起因是ARM32这个架构设计的时候是90年代，那个年代的ARM处理器是相当慢的，独自一个IRQ栈能够进步中断的响应速度，特地是晚期的ARM处理器次要利用场景是嵌入式零碎，反对中断嵌套的形式。从下面的x86的拆散的中断栈的patch来看，拆散的中断栈确实有不少劣势，至多能够保障不会导致SVC模式的栈产生overflow。那到底是ARM32这种设计先进呢还是ARMv8和x86的设计理念先进呢，是提高还是倒退呢？我有点confuse了！
笨叔抛砖引玉，心愿感兴趣的同学能够在前面留言，大家一起探讨。
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