Linux中斷下半部實(shí)現(xiàn)的三種方法

什么是中斷下半部

當(dāng)產(chǎn)生一個中斷時，會進(jìn)入中斷處理程序。

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

因此，對于那些其他的、對時間要求相對寬松的任務(wù)，就應(yīng)該推后到中斷被激活以后再去 運(yùn)行 。

這樣，整個中斷處理流程就被分為了 兩個部分 ：

• 第一個部分是中斷處理程序( 上半部 )，內(nèi)核通過對它的異步執(zhí)行完成對硬件中斷的即時響應(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確切時間，只要把這些任務(wù)推遲一點(diǎn)，讓它們在系統(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馬上運(yùn)行。
• 上半部分簡單快速 ，執(zhí)行的時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，對中斷下半部的實(shí)現(xiàn)主要有三種：

• 軟中斷
• tasklet
• 工作隊列

softirq

softirq即軟中斷，代碼位于kernel/softirq.c文件中；

每個軟中斷由softirq_action結(jié)構(gòu)表示：

在softirq.c中定義了一個軟中斷向量數(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)先級的tasklet*/  
       TIMER_SOFTIRQ, /*用于定時器的下半部*/  
       NET_TX_SOFTIRQ, /*用于網(wǎng)絡(luò)層發(fā)包*/  
       NET_RX_SOFTIRQ, /*用于網(wǎng)絡(luò)層收報*/  
       BLOCK_SOFTIRQ,  
       BLOCK_IOPOLL_SOFTIRQ,  
       TASKLET_SOFTIRQ, /*用于低優(yōu)先級的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，是一個枚舉常量。

新增一個軟中斷時，需要在文件include/linux/interrupt.h中添加一個枚舉常量。

軟中斷使用的幾個要點(diǎn) ：

• 一個軟中斷不會搶占另外一個軟中斷。
• 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執(zhí)行。

相關(guān)接口

• 注冊軟中斷

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

即注冊對應(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作為偏移量會置位irq_stat[cpu_id]的成員變量__softirq_pending.

__softirq_pending字段中的每一個bit，對應(yīng)著某一個軟中斷，某個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cpu上并行運(yùn)行的根本原因。

軟中斷實(shí)例

以一個按鍵驅(qū)動的中斷處理為例，將按鍵驅(qū)動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，在驅(qū)動的入口函數(shù)，注冊軟中斷：

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。 就像我們在前面看到的，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，而且它們還非常容易使用。
• 因為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)在合適的時間調(diào)度它。

tasklet實(shí)例

以按鍵中斷驅(qū)動為例：

先使用DECLARE_TASKLET靜態(tài)聲明一個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 工作隊列 ，也是中斷下半部的一種。

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

兩個要點(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，獲得一個信號量，或者執(zhí)行阻塞的I/O的情況.

工作隊列的相關(guān)接口函數(shù)：

在使用上，工作隊列與tasklet是類似的：