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Linux中斷下半部處理有三種方式:軟中斷、tasklet、工作隊列。
曾經有人問我爲什麼要分這幾種,該怎麼用。當時用書上的東西蒙混了過去,但是自己明白自己實際上是不懂的。最近有時間了,於是試着整理一下linux的中斷處理機制,目的是起碼從原理上能夠說得通。
一、最簡單的中斷機制
最簡單的中斷機制就是像芯片手冊上講的那樣,在中斷向量表中填入跳轉到對應處理函數的指令,然後在處理函數中實現需要的功能。類似下圖:
這種方式在原來的單片機課程中常常用到,一些簡單的單片機系統也是這樣用。
它的好處很明顯,簡單,直接。
二、下半部
中斷處理函數所作的第一件事情是什麼?答案是屏蔽中斷(或者是什麼都不做,因爲常常是如果不清除IF位,就等於屏蔽中斷了),當然只屏蔽同一種中斷。之所以要屏蔽中斷,是因爲新的中斷會再次調用中斷處理函數,導致原來中斷處理現場的破壞。即,破壞了 interrupt context。
隨着系統的不斷複雜,中斷處理函數要做的事情也越來越多,多到都來不及接收新的中斷了。於是發生了中斷丟失,這顯然不行,於是產生了新的機制:分離中斷接收與中斷處理過程。中斷接收在屏蔽中斷的情況下完成;中斷處理在時能中斷的情況下完成,這部分被稱爲中斷下半部。
從上圖中看,只看int0的處理。Func0爲中斷接收函數。中斷只能簡單的觸發func0,而func0則能做更多的事情,它與funcA之間可以使用隊列等緩存機制。當又有中斷髮生時,func0被觸發,然後發送一箇中斷請求到緩存隊列,然後讓funcA去處理。
由於func0做的事情是很簡單的,所以不會影響int0的再次接收。而且在func0返回時就會使能int0,因此funcA執行時間再長也不會影響int0的接收。
三、軟中斷
下面看看linux中斷處理。作爲一個操作系統顯然不能任由每個中斷都各自爲政,統一管理是必須的。
我們不可中斷部分的共同部分放在函數do_IRQ中,需要添加中斷處理函數時,通過request_irq實現。下半部放在do_softirq中,也就是軟中斷,通過open_softirq添加對應的處理函數。
四、tasklet
舊事物跟不上歷史的發展時,總會有新事物出現。
隨着中斷數的不停增加,軟中斷不夠用了,於是下半部又做了進化。
軟中斷用輪詢的方式處理。假如正好是最後一種中斷,則必須循環完所有的中斷類型,才能最終執行對應的處理函數。顯然當年開發人員爲了保證輪詢的效率,於是限制中斷個數爲32個。
爲了提高中斷處理數量,順道改進處理效率,於是產生了tasklet機制。
Tasklet採用無差別的隊列機制,有中斷時才執行,免去了循環查表之苦。
總結下tasklet的優點:
(1)無類型數量限制;
(2)效率高,無需循環查表;
(3)支持SMP機制;
五、工作隊列
前面的機制不論如何折騰,有一點是不會變的。它們都在中斷上下文中。什麼意思?說明它們不可掛起。而且由於是串行執行,因此只要有一個處理時間較長,則會導致其他中斷響應的延遲。爲了完成這些不可能完成的任務,於是出現了工作隊列。工作隊列說白了就是一組內核線程,作爲中斷守護線程來使用。多箇中斷可以放在一個線程中,也可以每個中斷分配一個線程。
工作隊列對線程作了封裝,使用起來更方便。
因爲工作隊列是線程,所以我們可以使用所有可以在線程中使用的方法。
Tasklet其實也不一定是在中斷上下文中執行,它也有可能在線程中執行。
假如中斷數量很多,而且這些中斷都是自啓動型的(中斷處理函數會導致新的中斷產生),則有可能cpu一直在這裏執行中斷處理函數,會導致用戶進程永遠得不到調度時間。
爲了避免這種情況,linux發現中斷數量過多時,會把多餘的中斷處理放到一個單獨的線程中去做,就是ksoftirqd線程。這樣又保證了中斷不多時的響應速度,又保證了中斷過多時不會把用戶進程餓死。
問題是我們不能保證我們的tasklet或軟中斷處理函數一定會在線程中執行,所以還是不能使用進程才能用的一些方法,如放棄調度、長延時等。
六、使用方式總結
Request_irq掛的中斷函數要儘量簡單,只做必須在屏蔽中斷情況下要做的事情。
中斷的其他部分都在下半部中完成。
軟中斷的使用原則很簡單,永遠不用。它甚至都不算是一種正是的中斷處理機制,而只是tasklet的實現基礎。
工作隊列也要少用,如果不是必須要用到線程才能用的某些機制,就不要使用工作隊列。其實對於中斷來說,只是對中斷進行簡單的處理,大部分工作是在驅動程序中完成的。所以有什麼必要非使用工作隊列呢?
除了上述情況,就要使用tasklet。
即使是下半部,也只是作必須在中斷中要做的事情,如保存數據等,其他都交給驅動程序去做。
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