Linux内核学习笔记五——中断推后处理机制
一 中断
硬件通过中断与操作系统进行通信,通过对硬件驱动程序处注册中断处理程序,快速响应硬件的中断。
硬件中断优先级很高,打断当前正在执行的程序。有两种情况:
硬件中断在中断处理程序中处理
硬件中断延后再进行处理
这个具体硬件相关,在中断处理程序中处理,打断了当前正在执行的程序;所有中断都将被屏蔽;如果占用时间太长不合适,
造成系统交互性,反应能力都会受到影响。 需要在其中判断平衡:
如果一个任务对时间非常敏感,将其放在中断处理程序中执行;
如果一个人和和硬件相关,将其放在中断处理程序中执行;
如果一个任务要保证不被其他中断打断,将其放在中断处理程序中执行;
其余情况考虑延后机制中执行——下半部。
二 中断推后执行机制—— 软中断
软中断是在编译期间静态分配的,在程序执行前将软中断假如到表中。
下面看一下这个过程:
加入软中断类型:
Linux3.5.3代码:
enum {HI_SOFTIRQ=0,TIMER_SOFTIRQ,NET_TX_SOFTIRQ,NET_RX_SOFTIRQ,BLOCK_SOFTIRQ,BLOCK_IOPOLL_SOFTIRQ,TASKLET_SOFTIRQ,SCHED_SOFTIRQ,HRTIMER_SOFTIRQ,RCU_SOFTIRQ, /* Preferable RCU should always be the last softirq */NR_SOFTIRQS};
//软中断表:
static struct softirq_action softirq_vec[NR_SOFTIRQS]
//软中断结构体
struct softirq_action {void (*action)(struct softirq_action *); };
注册软中断处理函数:
void open_softirq(int nr, void (*action)(struct softirq_action *)) {//关联表中对应类型softirq_vec[nr].action = action; }
触发软中断:
void raise_softirq(unsigned int nr) {unsigned long flags;//停止但保存中断标志local_irq_save(flags);//将相应软中断挂起状态raise_softirq_irqoff(nr);//恢复中断local_irq_restore(flags); }
执行软中断:
void irq_exit(void) { invoke_softirq(); //do_softirq(); }void __do_softirq(void) {struct softirq_action *h;__u32 pending;int max_restart = MAX_SOFTIRQ_RESTART;int cpu;//获取CPU软中断状态标志位 32位代表最多32个软中断pending = local_softirq_pending();restart:/* Reset the pending bitmask before enabling irqs */set_softirq_pending(0);local_irq_enable();h = softirq_vec;do {//被触发则执行软中断处理程序if (pending & 1) {h->action(h);}//下一个软中断h++;//下一个软中断状态标志位pending >>= 1;} while (pending);local_irq_disable();pending = local_softirq_pending();if (pending && --max_restart)goto restart;if (pending)wakeup_softirqd();lockdep_softirq_exit();__local_bh_enable(SOFTIRQ_OFFSET); }
软中断的基本结构如下图表示:
三 中断推后执行机制——tasklet
软中断中表中有一种类型是:TASKLET_SOFTIRQ
Tasklet就是利用软中断实现中断推后处理机制。通常使用较多的是tasklet而不是软中断。
Tasklet数据结构:
struct tasklet_struct {//链表中下一个taskletstruct tasklet_struct *next;//tasklet状态unsigned long state;//引用计数器atomic_t count;//tasklet处理函数void (*func)(unsigned long);//处理函数参数unsigned long data;};
state:
enum {TASKLET_STATE_SCHED, /* Tasklet is scheduled for execution */TASKLET_STATE_RUN /* Tasklet is running (SMP only) */ };
count:为0允许激活执行
声明tasklet:可以动态或者静态方式
静态:
#define DECLARE_TASKLET(name, func, data) \ struct tasklet_struct name = { NULL, 0, ATOMIC_INIT(0), func, data }#define DECLARE_TASKLET_DISABLED(name, func, data) \ struct tasklet_struct name = { NULL, 0, ATOMIC_INIT(1), func, data }
动态:
void tasklet_init(struct tasklet_struct *t,void (*func)(unsigned long), unsigned long data) {t->next = NULL;t->state = 0;atomic_set(&t->count, 0);t->func = func;t->data = data; }
同时需要编写tasklet处理函数。
调度tasklet:
void tasklet_hi_schedule(struct tasklet_struct *t) {unsigned long flags;local_irq_save(flags);t->next = NULL;*__this_cpu_read(tasklet_vec.tail) = t;__this_cpu_write(tasklet_vec.tail, &(t->next));raise_softirq_irqoff(TASKLET_SOFTIRQ);local_irq_restore(flags); }
执行tasklet处理程序:
继续看上面调度tasklet程序执行:
inline void raise_softirq_irqoff(unsigned int nr) {__raise_softirq_irqoff(nr);if (!in_interrupt())wakeup_softirqd(); }//使用ksoftirqd内核线程来处理 static void wakeup_softirqd(void) {/* Interrupts are disabled: no need to stop preemption */struct task_struct *tsk = __this_cpu_read(ksoftirqd);if (tsk && tsk->state != TASK_RUNNING)wake_up_process(tsk); }
Ksoftirqd内核线程:
软中断才被触发频率很高,在处理过程中还会重新触发软中断;执行会导致用户空间进程无法获得处理时间处于饥饿状态;
对重新触发的软中断立即处理,会导致占据处理时间过长;不进行立即处理不合适;
对此解决方法:
l 只要还有被触发并等待处理和过程中重新触发的软中断的软中断,本次执行就要负责处理;软中断立即处理,用户空间得不到执行时间。
l 不处理过程中触发的软中断,放到下一个中断执行时机时处理。软中断得不到立即处理,系统空闲时造成不合理;保证用户空间得到执行时间。
两种方式有存在问题,只能在这其中采取这种的方式:
内核使用线程处理软中断,线程优先级较低,可以被抢占;能够保证软中断被处理,也能保证用户空间程序得到执行时间。
每个CPU上有存在这样一个线程:ksoftirqd/0或者ksoftirqd/1……
static __init int spawn_ksoftirqd(void) {void *cpu = (void *)(long)smp_processor_id();int err = cpu_callback(&cpu_nfb, CPU_UP_PREPARE, cpu);……return 0; }early_initcall(spawn_ksoftirqd); static int __cpuinit cpu_callback(struct notifier_block *nfb,unsigned long action,void *hcpu) {int hotcpu = (unsigned long)hcpu;struct task_struct *p;switch (action) {case CPU_UP_PREPARE:case CPU_UP_PREPARE_FROZEN:p = kthread_create_on_node(run_ksoftirqd,hcpu,cpu_to_node(hotcpu),"ksoftirqd/%d", hotcpu);kthread_bind(p, hotcpu);per_cpu(ksoftirqd, hotcpu) = p;break;…… }
四 中断推后执行机制——工作队列
工作队列(work queue)通过内核线程将中断下半部分程序推后执行到线程中执行,工作队列可以创建线程来处理相应任务。
工作队列创建的线程为工作者线程:worker thread;系统提供默认的线程来处理工作者队列。
工作者线程数据结构:
struct workqueue_struct {unsigned int flags; /* W: WQ_* flags */union {struct cpu_workqueue_struct __percpu *pcpu;struct cpu_workqueue_struct *single;unsigned long v;} cpu_wq; /* I: cwq's */struct list_head list; /* W: list of all workqueues */…… }
CPU工作队列数据结构:
struct cpu_workqueue_struct {//每个CPU工作队列信息struct global_cwq *gcwq; //每个CPU工作队列struct workqueue_struct *wq; …… };
工作数据结构:
struct work_struct {atomic_long_t data;struct list_head entry;work_func_t func;};
声明工作队列:
静态:
#define DECLARE_WORK(n, f) \struct work_struct n = __WORK_INITIALIZER(n, f)
动态:
#define INIT_WORK(_work, _func) \do { \__INIT_WORK((_work), (_func), 0); \} while (0)
需要编写工作队列处理函数:
typedef void (*work_func_t)(struct work_struct *work);
调度工作队列:
int schedule_work(struct work_struct *work) {return queue_work(system_wq, work); } int queue_work(struct workqueue_struct *wq, struct work_struct *work) {ret = queue_work_on(get_cpu(), wq, work); }
唤醒工作者队列线程处理。
执行工作者队列处理程序:
static int worker_thread(void *__worker) {do {struct work_struct *work =list_first_entry(&gcwq->worklist,struct work_struct, entry);process_one_work(worker, work);} while (keep_working(gcwq));}
可以创建新的工作者队列和线程来处理。
平衡是个很关键的问题!
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