Linux驅(qū)動(dòng)中斷上半部和下半部的區(qū)別

什么是中斷下半部？

當(dāng)產(chǎn)生一個(gè)中斷時(shí)，會(huì)進(jìn)入中斷處理程序。

但中斷處理程序必須快速、異步、簡單的對(duì)硬件做出迅速響應(yīng)并完成那些時(shí)間要求很嚴(yán)格的操作。

因此，對(duì)于那些其他的、對(duì)時(shí)間要求相對(duì)寬松的任務(wù)，就應(yīng)該推后到中斷被激活以后再去運(yùn)行。

這樣，整個(gè)中斷處理流程就被分為了兩個(gè)部分：

第一個(gè)部分是中斷處理程序(上半部)，內(nèi)核通過對(duì)它的異步執(zhí)行完成對(duì)硬件中斷的即時(shí)響應(yīng)。

中斷處理流程中的另外那一部分，下半部(bottom half)

下半部的任務(wù)主要是執(zhí)行與中斷相關(guān)的工作，這些工作沒有被中斷服務(wù)程序本身完成。

下半部并不需要指明一個(gè)確切時(shí)間，只要把這些任務(wù)推遲一點(diǎn)，讓它們?cè)?strong>系統(tǒng)不太繁忙并且中斷恢復(fù)后執(zhí)行就可以了。

上半部和下半部的主要區(qū)別：

上半部指的是中斷處理程序，下半部則指的是一些雖然與中斷有相關(guān)性但是可以延后執(zhí)行的任務(wù)。

上半部中斷不能被相同類型的中斷打斷，而下半部依然可以被中斷打斷。

通常下半部在中斷處理程序一返回就會(huì)馬上運(yùn)行。

上半部分簡單快速，執(zhí)行的時(shí)候禁止一些或者全部中斷。

下半部分稍后執(zhí)行，而且執(zhí)行期間可以響應(yīng)所有的中斷。

Linux中，對(duì)中斷下半部的實(shí)現(xiàn)主要有三種：

軟中斷

tasklet

工作隊(duì)列

softirq

softirq即軟中斷，代碼位于kernel/softirq.c文件中；

每個(gè)軟中斷由softirq_action結(jié)構(gòu)表示：

在softirq.c中定義了一個(gè)軟中斷向量數(shù)組softirq_vec：

static struct softirq_action softirq_vec[NR_SOFTIRQS]?__cacheline_aligned_in_smp;??

????enum??
????{??
???????HI_SOFTIRQ=0,?/*用于高優(yōu)先級(jí)的tasklet*/??
???????TIMER_SOFTIRQ,?/*用于定時(shí)器的下半部*/??
???????NET_TX_SOFTIRQ,?/*用于網(wǎng)絡(luò)層發(fā)包*/??
???????NET_RX_SOFTIRQ,?/*用于網(wǎng)絡(luò)層收?qǐng)?bào)*/??
???????BLOCK_SOFTIRQ,??
???????BLOCK_IOPOLL_SOFTIRQ,??
???????TASKLET_SOFTIRQ,?/*用于低優(yōu)先級(jí)的tasklet*/??
???????SCHED_SOFTIRQ,??
???????HRTIMER_SOFTIRQ,??
???????RCU_SOFTIRQ,?/*?Preferable RCU should always be the last softirq?*/??
???????NR_SOFTIRQS??
???};

數(shù)組的成員數(shù)由NR_SOFTIRQS決定，是一個(gè)枚舉常量。

新增一個(gè)軟中斷時(shí)，需要在文件include/linux/interrupt.h?中添加一個(gè)枚舉常量。

軟中斷使用的幾個(gè)要點(diǎn)：

一個(gè)軟中斷不會(huì)搶占另外一個(gè)軟中斷。

惟一可以搶占軟中斷的是中斷處理程序。

其他的軟中斷可以在其他處理器上同時(shí)執(zhí)行。

相關(guān)接口

注冊(cè)軟中斷

void?open_softirq(int?nr,?void?(*action)(struct softirq_action?*))

即注冊(cè)對(duì)應(yīng)類型的處理函數(shù)到全局?jǐn)?shù)組softirq_vec中。

觸發(fā)軟中斷

void?raise_softirq(unsigned?int?nr)

實(shí)際上即以軟中斷類型nr作為偏移量會(huì)置位irq_stat[cpu_id]的成員變量__softirq_pending.

__softirq_pending字段中的每一個(gè)bit，對(duì)應(yīng)著某一個(gè)軟中斷，某個(gè)bit被置位，說明有相應(yīng)的軟中斷等待處理。

這也是同一類型軟中斷可以在多個(gè)cpu上并行運(yùn)行的根本原因。

軟中斷實(shí)例：

以一個(gè)按鍵驅(qū)動(dòng)的中斷處理為例，將按鍵驅(qū)動(dòng)的中斷處理分成上下兩部分：

上半部：讀取鍵值，觸發(fā)軟中斷

下半部：喚醒進(jìn)程

軟中斷的注冊(cè)，在驅(qū)動(dòng)的入口函數(shù)，注冊(cè)軟中斷：

添加的枚舉常量：

可以看到，使用軟中斷是需要修改內(nèi)核，添加一個(gè)枚舉的，有些繁瑣。

所以，通常我們不建議擅自增加軟中斷的數(shù)量，如果需要新的軟中斷，盡可能把它們實(shí)現(xiàn)為基于軟中斷的tasklet形式。

tasklet

tasklet是利用軟中斷實(shí)現(xiàn)的一種下半部機(jī)制。

那是用軟中斷還是tasklet好呢？

選擇到底是用軟中斷還是tasklet其實(shí)很簡單：

通常你應(yīng)該用tasklet。就像我們?cè)谇懊婵吹降?，軟中斷資源有限，也麻煩，而且軟中斷的使用者屈指可數(shù)。它只在那些執(zhí)行頻率很高和連續(xù)性要求很高的情況下才需要。

而tasklet卻有更廣泛的用途。大多數(shù)情況下用tasklet效果都不錯(cuò)，而且它們還非常容易使用。

因?yàn)?strong>tasklet是通過軟中斷實(shí)現(xiàn)的，所以它們本身也是軟中斷。

tasklet使用：

tasklet的使用步驟如下：

1、編寫tasklet處理函數(shù)（下半部）

void?my_tasklet_fun?(unsigned?long?data)

2、聲明tasklet

//靜態(tài)?
DECLARE_TASKLET(my_tasklet,my_tasklet_fun,data);?
//動(dòng)態(tài)
Struct??tasklet_struct xxx;
tasklet_init(&xxx,tasklet_handler,dev)

3、調(diào)度?tasklet

tasklet_schedule(&my_tasklet);

登記my_tasklet, 然后允許系統(tǒng)在合適的時(shí)間調(diào)度它。

tasklet實(shí)例：

以按鍵中斷驅(qū)動(dòng)為例：

先使用DECLARE_TASKLET靜態(tài)聲明一個(gè)tasklet，指定其下半部函數(shù)為btn_tasklet_func，在中斷服務(wù)函數(shù)（上半部）獲取按鍵值后，調(diào)用tasklet_schedule調(diào)度。

work queue

work queue即工作隊(duì)列，也是中斷下半部的一種。

Work queue將下半部工作推遲給一個(gè)內(nèi)核線程去執(zhí)行 ——work?總是運(yùn)行于進(jìn)程上下文.

兩個(gè)要點(diǎn)：

如果推遲的工作需要睡眠，則使用work queues。否則使用softirq或tasklets.

Work queues適用于需要分配大量的內(nèi)存，獲得一個(gè)信號(hào)量，或者執(zhí)行阻塞的I/O的情況.

工作隊(duì)列的相關(guān)接口函數(shù)：

在使用上，工作隊(duì)列與tasklet是類似的：

編輯：黃飛

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