理解中斷 3

4、下半部

在中斷處理過程中，不能睡眠。另外，它執行的時候，會把當前中斷線在所有處理器上都遮蔽(在ack中完成遮蔽)；更糟糕的情況是，如果乙個處理程式是sa_interrupt型別，它執行的時候會禁上所有本地中斷(通過cli指令完成)，所以，中斷處理應該盡可能快的完成。所以linux把中斷處理分為上半部和下半部。

上半部由中斷處理程式完成，它通常完成一些和硬體相關的操作，比如對中斷的到達的確認。有時它還會從硬體拷貝資料，這些工作對時間非常敏感，只能靠中斷處理程式自己完成。而把其它工作放到下半部實現。

下半部的執行不需要乙個確切的時間，它會在稍後系統不太繁忙時執行。下半部執行的關鍵在於執行的時候允許響應所有的中斷。最早，linux用」bottom half」實現下半部，這種機制簡稱bh，但是即使屬於不同的處理器，也不允許任何兩個bottom half同時執行，這種機制簡單，但是卻有效能瓶頸。不久，又引入任務佇列(task queue)機制來實現下半部，但該機制仍不夠靈活，沒法代替整個bh介面。

從2.3開始，核心引入軟中斷(softirqs)和tasklet，並完全取代了bh。2.5中，bh最終捨去，在2.6中，核心用有三種機制實現下半部：軟中斷，tasklet和工作佇列。tasklet是基於軟中斷實現的。

軟中斷可以在多個cpu上同時執行，即使它們是同一型別的，所以，軟中斷處理程式必須是可重入的，或者顯示的用自旋鎖保護相應的資料結構。而相同的tasklet不能同時在多個cpu上執行，所以tasklet不必是可重入的；但是，不同型別的tasklet可以在多個cpu上同時執行

。一般來說，tasklet比較常用，它可以處理絕大部分的問題；而軟中斷用得比較少，但是對於時間要求較高的地方，比如網路子系統，常用軟中斷處理下半部工作。

4.1、軟中斷

核心2.6中定義了6種軟中斷：

下標越低，優先順序越高。

4.1.1、資料結構

(1)軟中斷向量

//linux/interrupt.h
struct softirq_action
;//kernel/softirq.c
//軟中斷向量陣列
static struct softirq_action softirq_vec[32] __cacheline_aligned_in_smp;

核心定義了乙個包含32個軟中斷向量的陣列，所以最多可有32個軟中斷，實際上，核心目前只使用了6個軟中斷。

(2) preempt_count欄位

位於任務描述符的preempt_count是用來跟蹤核心搶占和核心控制路徑巢狀關鍵資料。其各個位的含義如下：

位描述

0——7 preemption counter，核心搶占計數器(最大值255)

8——15 softirq counter，軟中斷計數器(最大值255)

16——27 hardirq counter，硬體中斷計數器(最大值4096)

28 preempt_active標誌

第乙個計數用來表示核心搶占被關閉的次數，0表示可以搶占。第二個計數器表示推遲函式(下半部)被關閉的次數，0表示推遲函式開啟。第三個計數器表示本地cpu中斷巢狀的層數，irq_enter()增加該值，irq_exit減該值。

巨集in_interrupt()檢查current_thread_info->preempt_count的hardirq和softirq來斷定是否處於中斷上下文。如果這兩個計數器之一為正，則返回非零。

(3) 軟中斷控制／狀態結構

softirq_vec是個全域性量，系統中每個cpu所看到的是同乙個陣列。但是，每個cpu各有其自己的「軟中斷控制／狀態」結構，這些資料結構形成乙個以cpu編號為下標的陣列irq_stat（定義在include/asm-i386/hardirq.h中）

typedef struct  ____cacheline_aligned irq_cpustat_t;
//位於kernel/softirq.c
irq_cpustat_t irq_stat[nr_cpus] ____cacheline_aligned;

4.1.2、軟中斷初始化

可以通過open_softirq註冊軟中斷處理程式：

//位於kernel/softirq.c
//nr：軟中斷的索引號
// softirq_action：處理函式
//data：傳遞給處理函式的引數值
void open_softirq(int nr, void (*action)(struct softirq_action*), void *data)
void __init softirq_init(void)

軟中斷執行時，允許響應中斷，但它自己不能睡眠，

4.1.3、觸發軟中斷

raise_softirq會將軟中斷設定為掛起狀態，並在下一次執行do_softirq中投入執行。

//位於kernel/softirq.c
void fastcall raise_softirq(unsigned int nr)
inline fastcall void raise_softirq_irqoff(unsigned int nr)

該函式觸發軟中斷前，先要關閉中斷，之後再恢復；如果之前中斷已經關閉，可以直接呼叫raise_softirq_irqoff()觸發軟中斷。

在中斷服務例程中觸發軟中斷是最常見的形式。而中斷服務例程通常作為裝置驅動的一部分。例如，對於網路裝置，當介面收到資料時，會產生乙個中斷，在中斷服務例程中，最終會呼叫netif_rx函式處理接到的資料，而netif_rx作相應處理，最終以觸發乙個軟中斷結束處理。之後，核心在執行中斷處理任務後，會呼叫do_softirq()。於是軟中斷就通過軟中斷處理函式去處理留給它的任務。

4.1.4、軟中斷執行

(1) do_softirq()函式

//處理軟中斷，位於arch/i386/kernel/irq.c
asmlinkage void do_softirq(void)
h++;
pending >>= 1;
} while (pending);
//關閉中斷
local_irq_disable();
//再一次檢查軟中斷位圖,因為在執行軟中斷處理函式時,新的軟中斷可能產生.
pending = local_softirq_pending();
if (pending && --max_restart)
goto restart;
/*如果還有多的軟中斷沒有處理,通過wakeup_softirqd喚醒核心執行緒處理本地cpu餘下的軟中斷.
*/if (pending)
wakeup_softirqd();
//減softirq counter的值
__local_bh_enable();
}

(3)軟中斷執行點

核心會週期性的檢查是否有掛起的軟中斷，它們位於核心**的以下幾個點：

(1)核心呼叫local_bh_enable()函式開啟本地cpu的軟中斷：

//位於kernel/softirq.c
void local_bh_enable(void)

(2)do_irq函式完成i/o中斷處理，呼叫irq_exit()時。

(3)核心執行緒ksoftirqd被喚醒。

(4) smp_apic_timer_interrupt()完成處理本地時鐘中斷。

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