一文完全讀懂 Linux 中斷處理
什么是中斷
中斷 是為了解決外部設(shè)備完成某些工作后通知CPU的一種機(jī)制(譬如硬盤(pán)完成讀寫(xiě)操作后通過(guò)中斷告知CPU已經(jīng)完成)。早期沒(méi)有中斷機(jī)制的計(jì)算機(jī)就不得不通過(guò)輪詢(xún)來(lái)查詢(xún)外部設(shè)備的狀態(tài)，由于輪詢(xún)是試探查詢(xún)的(也就是說(shuō)設(shè)備不一定是就緒狀態(tài))，所以往往要做很多無(wú)用的查詢(xún)，從而導(dǎo)致效率非常低下。由于中斷是由外部設(shè)備主動(dòng)通知CPU的，所以不需要CPU進(jìn)行輪詢(xún)?nèi)ゲ樵?xún)，效率大大提升。
從物理學(xué)的角度看，中斷是一種電信號(hào)，由硬件設(shè)備產(chǎn)生，并直接送入中斷控制器(如 8259A)的輸入引腳上，然后再由中斷控制器向處理器發(fā)送相應(yīng)的信號(hào)。處理器一經(jīng)檢測(cè)到該信號(hào)，便中斷自己當(dāng)前正在處理的工作，轉(zhuǎn)而去處理中斷。此后，處理器會(huì)通知 OS 已經(jīng)產(chǎn)生中斷。這樣，OS 就可以對(duì)這個(gè)中斷進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚怼２煌脑O(shè)備對(duì)應(yīng)的中斷不同，而每個(gè)中斷都通過(guò)一個(gè)唯一的數(shù)字標(biāo)識(shí)，這些值通常被稱(chēng)為中斷請(qǐng)求線。
中斷控制器
X86計(jì)算機(jī)的 CPU 為中斷只提供了兩條外接引腳：NMI 和 INTR。其中 NMI 是不可屏蔽中斷，它通常用于電源掉電和物理存儲(chǔ)器奇偶校驗(yàn);INTR是可屏蔽中斷，可以通過(guò)設(shè)置中斷屏蔽位來(lái)進(jìn)行中斷屏蔽，它主要用于接受外部硬件的中斷信號(hào)，這些信號(hào)由中斷控制器傳遞給 CPU。
常見(jiàn)的中斷控制器有兩種：
可編程中斷控制器8259A
傳統(tǒng)的 PIC(Programmable Interrupt Controller，可編程中斷控制器)是由兩片 8259A 風(fēng)格的外部芯片以“級(jí)聯(lián)”的方式連接在一起。每個(gè)芯片可處理多達(dá) 8 個(gè)不同的 IRQ。因?yàn)閺?PIC 的 INT 輸出線連接到主 PIC 的 IRQ2 引腳，所以可用 IRQ 線的個(gè)數(shù)達(dá)到 15 個(gè)，如圖下所示。
8259A
高級(jí)可編程中斷控制器(APIC)
8259A 只適合單 CPU 的情況，為了充分挖掘 SMP 體系結(jié)構(gòu)的并行性，能夠把中斷傳遞給系統(tǒng)中的每個(gè) CPU 至關(guān)重要。基于此理由，Intel 引入了一種名為 I/O 高級(jí)可編程控制器的新組件，來(lái)替代老式的 8259A 可編程中斷控制器。該組件包含兩大組成部分：一是“本地 APIC”，主要負(fù)責(zé)傳遞中斷信號(hào)到指定的處理器;舉例來(lái)說(shuō)，一臺(tái)具有三個(gè)處理器的機(jī)器，則它必須相對(duì)的要有三個(gè)本地 APIC。另外一個(gè)重要的部分是 I/O APIC，主要是收集來(lái)自 I/O 裝置的 Interrupt 信號(hào)且在當(dāng)那些裝置需要中斷時(shí)發(fā)送信號(hào)到本地 APIC，系統(tǒng)中最多可擁有 8 個(gè) I/O APIC。
每個(gè)本地 APIC 都有 32 位的寄存器，一個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘，一個(gè)本地定時(shí)設(shè)備以及為本地中斷保留的兩條額外的 IRQ 線 LINT0 和 LINT1。所有本地 APIC 都連接到 I/O APIC，形成一個(gè)多級(jí) APIC 系統(tǒng)，如圖下所示。
APIC
目前大部分單處理器系統(tǒng)都包含一個(gè) I/O APIC 芯片，可以通過(guò)以下兩種方式來(lái)對(duì)這種芯片進(jìn)行配置：
- 作為一種標(biāo)準(zhǔn)的 8259A 工作方式。本地 APIC 被禁止，外部 I/O APIC 連接到 CPU，兩條 LINT0 和 LINT1 分別連接到 INTR 和 NMI 引腳。
- 作為一種標(biāo)準(zhǔn)外部 I/O APIC。本地 APIC 被激活，且所有的外部中斷都通過(guò) I/O APIC 接收。
辨別一個(gè)系統(tǒng)是否正在使用 I/O APIC，可以在命令行輸入如下命令：
- # cat /proc/interrupts
- CPU0
- 0: 90504 IO-APIC-edge timer
- 1: 131 IO-APIC-edge i8042
- 8: 4 IO-APIC-edge rtc
- 9: 0 IO-APIC-level acpi
- 12: 111 IO-APIC-edge i8042
- 14: 1862 IO-APIC-edge ide0
- 15: 28 IO-APIC-edge ide1
- 177: 9 IO-APIC-level eth0
- 185: 0 IO-APIC-level via82cxxx
- ...
如果輸出結(jié)果中列出了 IO-APIC，說(shuō)明您的系統(tǒng)正在使用 APIC。如果看到 XT-PIC，意味著您的系統(tǒng)正在使用 8259A 芯片。
中斷分類(lèi)
中斷可分為同步(synchronous)中斷和異步(asynchronous)中斷：
- 同步中斷是當(dāng)指令執(zhí)行時(shí)由 CPU 控制單元產(chǎn)生，之所以稱(chēng)為同步，是因?yàn)橹挥性谝粭l指令執(zhí)行完畢后 CPU 才會(huì)發(fā)出中斷，而不是發(fā)生在代碼指令執(zhí)行期間，比如系統(tǒng)調(diào)用。
- 異步中斷是指由其他硬件設(shè)備依照 CPU 時(shí)鐘信號(hào)隨機(jī)產(chǎn)生，即意味著中斷能夠在指令之間發(fā)生，例如鍵盤(pán)中斷。
根據(jù) Intel 官方資料，同步中斷稱(chēng)為異常(exception)，異步中斷被稱(chēng)為中斷(interrupt)。
中斷可分為 可屏蔽中斷(Maskable interrupt)和 非屏蔽中斷(Nomaskable interrupt)。異常可分為 故障(fault)、陷阱(trap)、終止(abort)三類(lèi)。
從廣義上講，中斷可分為四類(lèi)：中斷、故障、陷阱、終止。這些類(lèi)別之間的異同點(diǎn)請(qǐng)參看 表。
表：中斷類(lèi)別及其行為
| 類(lèi)別 | 原因 | 異步/同步 | 返回行為 |
|---|---|---|---|
| 中斷 | 來(lái)自I/O設(shè)備的信號(hào) | 異步 | 總是返回到下一條指令 |
| 陷阱 | 有意的異常 | 同步 | 總是返回到下一條指令 |
| 故障 | 潛在可恢復(fù)的錯(cuò)誤 | 同步 | 返回到當(dāng)前指令 |
| 終止 | 不可恢復(fù)的錯(cuò)誤 | 同步 | 不會(huì)返回 |
X86 體系結(jié)構(gòu)的每個(gè)中斷都被賦予一個(gè)唯一的編號(hào)或者向量(8 位無(wú)符號(hào)整數(shù))。非屏蔽中斷和異常向量是固定的，而可屏蔽中斷向量可以通過(guò)對(duì)中斷控制器的編程來(lái)改變。
中斷處理 - 上半部(硬中斷)
由于 APIC中斷控制器 有點(diǎn)小復(fù)雜，所以本文主要通過(guò) 8259A中斷控制器 來(lái)介紹Linux對(duì)中斷的處理過(guò)程。
中斷處理相關(guān)結(jié)構(gòu)
前面說(shuō)過(guò)，8259A中斷控制器 由兩片 8259A 風(fēng)格的外部芯片以 級(jí)聯(lián) 的方式連接在一起，每個(gè)芯片可處理多達(dá) 8 個(gè)不同的 IRQ(中斷請(qǐng)求)，所以可用 IRQ 線的個(gè)數(shù)達(dá)到 15 個(gè)。如下圖：
8259A
在內(nèi)核中每條IRQ線由結(jié)構(gòu)體 irq_desc_t 來(lái)描述，irq_desc_t 定義如下：
- typedef struct {
- unsigned int status; /* IRQ status */
- hw_irq_controller *handler;
- struct irqaction *action; /* IRQ action list */
- unsigned int depth; /* nested irq disables */
- spinlock_t lock;
- } irq_desc_t;
下面介紹一下 irq_desc_t 結(jié)構(gòu)各個(gè)字段的作用：
- status: IRQ線的狀態(tài)。
- handler: 類(lèi)型為 hw_interrupt_type 結(jié)構(gòu)，表示IRQ線對(duì)應(yīng)的硬件相關(guān)處理函數(shù)，比如 8259A中斷控制器 接收到一個(gè)中斷信號(hào)時(shí)，需要發(fā)送一個(gè)確認(rèn)信號(hào)才會(huì)繼續(xù)接收中斷信號(hào)的，發(fā)送確認(rèn)信號(hào)的函數(shù)就是 hw_interrupt_type 中的 ack 函數(shù)。
- action: 類(lèi)型為 irqaction 結(jié)構(gòu)，中斷信號(hào)的處理入口。由于一條IRQ線可以被多個(gè)硬件共享，所以 action 是一個(gè)鏈表，每個(gè) action 代表一個(gè)硬件的中斷處理入口。
- depth: 防止多次開(kāi)啟和關(guān)閉IRQ線。
- lock: 防止多核CPU同時(shí)對(duì)IRQ進(jìn)行操作的自旋鎖。
hw_interrupt_type 這個(gè)結(jié)構(gòu)與硬件相關(guān)，這里就不作介紹了，我們來(lái)看看 irqaction 這個(gè)結(jié)構(gòu)：
- struct irqaction {
- void (*handler)(int, void *, struct pt_regs *);
- unsigned long flags;
- unsigned long mask;
- const char *name;
- void *dev_id;
- struct irqaction *next;
- };
下面說(shuō)說(shuō) irqaction 結(jié)構(gòu)各個(gè)字段的作用：
- handler: 中斷處理的入口函數(shù)，handler 的第一個(gè)參數(shù)是中斷號(hào)，第二個(gè)參數(shù)是設(shè)備對(duì)應(yīng)的ID，第三個(gè)參數(shù)是中斷發(fā)生時(shí)由內(nèi)核保存的各個(gè)寄存器的值。
- flags: 標(biāo)志位，用于表示 irqaction 的一些行為，例如是否能夠與其他硬件共享IRQ線。
- name: 用于保存中斷處理的名字。
- dev_id: 設(shè)備ID。
- next: 每個(gè)硬件的中斷處理入口對(duì)應(yīng)一個(gè) irqaction 結(jié)構(gòu)，由于多個(gè)硬件可以共享同一條IRQ線，所以這里通過(guò) next 字段來(lái)連接不同的硬件中斷處理入口。
irq_desc_t 結(jié)構(gòu)關(guān)系如下圖：
irq_desc_t
注冊(cè)中斷處理入口
在內(nèi)核中，可以通過(guò) setup_irq() 函數(shù)來(lái)注冊(cè)一個(gè)中斷處理入口。setup_irq() 函數(shù)代碼如下：
- int setup_irq(unsigned int irq, struct irqaction * new)
- {
- int shared = 0;
- unsigned long flags;
- struct irqaction *old, **p;
- irq_desc_t *desc = irq_desc + irq;
- ...
- spin_lock_irqsave(&desc->lock,flags);
- p = &desc->action;
- if ((old = *p) != NULL) {
- if (!(old->flags & new->flags & SA_SHIRQ)) {
- spin_unlock_irqrestore(&desc->lock,flags);
- return -EBUSY;
- }
- do {
- p = &old->next;
- old = *p;
- } while (old);
- shared = 1;
- }
- *p = new;
- if (!shared) {
- desc->depth = 0;
- desc->status &= ~(IRQ_DISABLED | IRQ_AUTODETECT | IRQ_WAITING);
- desc->handler->startup(irq);
- }
- spin_unlock_irqrestore(&desc->lock,flags);
- register_irq_proc(irq); // 注冊(cè)proc文件系統(tǒng)
- return 0;
- }
setup_irq() 函數(shù)比較簡(jiǎn)單，就是通過(guò) irq 號(hào)來(lái)查找對(duì)應(yīng)的 irq_desc_t 結(jié)構(gòu)，并把新的 irqaction 連接到 irq_desc_t 結(jié)構(gòu)的 action 鏈表中。要注意的是，如果設(shè)備不支持共享IRQ線(也即是 flags 字段沒(méi)有設(shè)置 SA_SHIRQ 標(biāo)志)，那么就返回 EBUSY 錯(cuò)誤。
我們看看 時(shí)鐘中斷處理入口 的注冊(cè)實(shí)例：
- static struct irqaction irq0 = { timer_interrupt, SA_INTERRUPT, 0, "timer", NULL, NULL};
- void __init time_init(void)
- {
- ...
- setup_irq(0, &irq0);
- }
可以看到，時(shí)鐘中斷處理入口的IRQ號(hào)為0，處理函數(shù)為 timer_interrupt()，并且不支持共享IRQ線(flags 字段沒(méi)有設(shè)置 SA_SHIRQ 標(biāo)志)。
處理中斷請(qǐng)求
當(dāng)一個(gè)中斷發(fā)生時(shí)，中斷控制層會(huì)發(fā)送信號(hào)給CPU，CPU收到信號(hào)會(huì)中斷當(dāng)前的執(zhí)行，轉(zhuǎn)而執(zhí)行中斷處理過(guò)程。中斷處理過(guò)程首先會(huì)保存寄存器的值到棧中，然后調(diào)用 do_IRQ() 函數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，do_IRQ() 函數(shù)代碼如下：
- asmlinkage unsigned int do_IRQ(struct pt_regs regs)
- {
- int irq = regs.orig_eax & 0xff; /* 獲取IRQ號(hào) */
- int cpu = smp_processor_id();
- irq_desc_t *desc = irq_desc + irq;
- struct irqaction * action;
- unsigned int status;
- kstat.irqs[cpu][irq]++;
- spin_lock(&desc->lock);
- desc->handler->ack(irq);
- status = desc->status & ~(IRQ_REPLAY | IRQ_WAITING);
- status |= IRQ_PENDING; /* we _want_ to handle it */
- action = NULL;
- if (!(status & (IRQ_DISABLED | IRQ_INPROGRESS))) { // 當(dāng)前IRQ不在處理中
- action = desc->action; // 獲取 action 鏈表
- status &= ~IRQ_PENDING; // 去除IRQ_PENDING標(biāo)志, 這個(gè)標(biāo)志用于記錄是否在處理IRQ請(qǐng)求的時(shí)候又發(fā)生了中斷
- status |= IRQ_INPROGRESS; // 設(shè)置IRQ_INPROGRESS標(biāo)志, 表示正在處理IRQ
- }
- desc->status = status;
- if (!action) // 如果上一次IRQ還沒(méi)完成, 直接退出
- goto out;
- for (;;) {
- spin_unlock(&desc->lock);
- handle_IRQ_event(irq, ®s, action); // 處理IRQ請(qǐng)求
- spin_lock(&desc->lock);
- if (!(desc->status & IRQ_PENDING)) // 如果在處理IRQ請(qǐng)求的時(shí)候又發(fā)生了中斷, 繼續(xù)處理IRQ請(qǐng)求
- break;
- desc->status &= ~IRQ_PENDING;
- }
- desc->status &= ~IRQ_INPROGRESS;
- out:
- desc->handler->end(irq);
- spin_unlock(&desc->lock);
- if (softirq_active(cpu) & softirq_mask(cpu))
- do_softirq(); // 中斷下半部處理
- return 1;
- }
do_IRQ() 函數(shù)首先通過(guò)IRQ號(hào)獲取到其對(duì)應(yīng)的 irq_desc_t 結(jié)構(gòu)，注意的是同一個(gè)中斷有可能發(fā)生多次，所以要判斷當(dāng)前IRQ是否正在被處理當(dāng)中(判斷 irq_desc_t 結(jié)構(gòu)的 status 字段是否設(shè)置了 IRQ_INPROGRESS 標(biāo)志)，如果不是處理當(dāng)前，那么就獲取到 action 鏈表，然后通過(guò)調(diào)用 handle_IRQ_event() 函數(shù)來(lái)執(zhí)行 action 鏈表中的中斷處理函數(shù)。
如果在處理中斷的過(guò)程中又發(fā)生了相同的中斷(irq_desc_t 結(jié)構(gòu)的 status 字段被設(shè)置了 IRQ_INPROGRESS 標(biāo)志)，那么就繼續(xù)對(duì)中斷進(jìn)行處理。處理完中斷后，調(diào)用 do_softirq() 函數(shù)來(lái)對(duì)中斷下半部進(jìn)行處理(下面會(huì)說(shuō))。
接下來(lái)看看 handle_IRQ_event() 函數(shù)的實(shí)現(xiàn)：
- int handle_IRQ_event(unsigned int irq, struct pt_regs * regs, struct irqaction * action)
- {
- int status;
- int cpu = smp_processor_id();
- irq_enter(cpu, irq);
- status = 1; /* Force the "do bottom halves" bit */
- if (!(action->flags & SA_INTERRUPT)) // 如果中斷處理能夠在打開(kāi)中斷的情況下執(zhí)行, 那么就打開(kāi)中斷
- __sti();
- do {
- status |= action->flags;
- action->handler(irq, action->dev_id, regs);
- action = action->next;
- } while (action);
- if (status & SA_SAMPLE_RANDOM)
- add_interrupt_randomness(irq);
- __cli();
- irq_exit(cpu, irq);
- return status;
- }
handle_IRQ_event() 函數(shù)非常簡(jiǎn)單，就是遍歷 action 鏈表并且執(zhí)行其中的處理函數(shù)，比如對(duì)于 時(shí)鐘中斷 就是調(diào)用 timer_interrupt() 函數(shù)。這里要注意的是，如果中斷處理過(guò)程能夠開(kāi)啟中斷的，那么就把中斷打開(kāi)(因?yàn)镃PU接收到中斷信號(hào)時(shí)會(huì)關(guān)閉中斷)。
中斷處理 - 下半部(軟中斷)
由于中斷處理一般在關(guān)閉中斷的情況下執(zhí)行，所以中斷處理不能太耗時(shí)，否則后續(xù)發(fā)生的中斷就不能實(shí)時(shí)地被處理。鑒于這個(gè)原因，Linux把中斷處理分為兩個(gè)部分，上半部 和 下半部，上半部 在前面已經(jīng)介紹過(guò)，接下來(lái)就介紹一下 下半部 的執(zhí)行。
一般中斷 上半部 只會(huì)做一些最基礎(chǔ)的操作(比如從網(wǎng)卡中復(fù)制數(shù)據(jù)到緩存中)，然后對(duì)要執(zhí)行的中斷 下半部 進(jìn)行標(biāo)識(shí)，標(biāo)識(shí)完調(diào)用 do_softirq() 函數(shù)進(jìn)行處理。
softirq機(jī)制
中斷下半部 由 softirq(軟中斷) 機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在Linux內(nèi)核中，有一個(gè)名為 softirq_vec 的數(shù)組，如下：
- static struct softirq_action softirq_vec[32];
其類(lèi)型為 softirq_action 結(jié)構(gòu)，定義如下：
- struct softirq_action
- {
- void (*action)(struct softirq_action *);
- void *data;
- };
softirq_vec 數(shù)組是 softirq 機(jī)制的核心，softirq_vec 數(shù)組每個(gè)元素代表一種軟中斷。但在Linux中只定義了四種軟中斷，如下：
- enum
- {
- HI_SOFTIRQ=0,
- NET_TX_SOFTIRQ,
- NET_RX_SOFTIRQ,
- TASKLET_SOFTIRQ
- };
HI_SOFTIRQ 是高優(yōu)先級(jí)tasklet，而 TASKLET_SOFTIRQ 是普通tasklet，tasklet是基于softirq機(jī)制的一種任務(wù)隊(duì)列(下面會(huì)介紹)。NET_TX_SOFTIRQ 和 NET_RX_SOFTIRQ 特定用于網(wǎng)絡(luò)子模塊的軟中斷(不作介紹)。
注冊(cè)softirq處理函數(shù)
要注冊(cè)一個(gè)softirq處理函數(shù)，可以通過(guò) open_softirq() 函數(shù)來(lái)進(jìn)行，代碼如下：
- void open_softirq(int nr, void (*action)(struct softirq_action*), void *data)
- {
- unsigned long flags;
- int i;
- spin_lock_irqsave(&softirq_mask_lock, flags);
- softirq_vec[nr].data = data;
- softirq_vec[nr].action = action;
- for (i=0; i<NR_CPUS; i++)
- softirq_mask(i) |= (1<<nr);
- spin_unlock_irqrestore(&softirq_mask_lock, flags);
- }
open_softirq() 函數(shù)的主要工作就是向 softirq_vec 數(shù)組添加一個(gè)softirq處理函數(shù)。
Linux在系統(tǒng)初始化時(shí)注冊(cè)了兩種softirq處理函數(shù)，分別為 TASKLET_SOFTIRQ 和 HI_SOFTIRQ：
- void __init softirq_init()
- {
- ...
- open_softirq(TASKLET_SOFTIRQ, tasklet_action, NULL);
- open_softirq(HI_SOFTIRQ, tasklet_hi_action, NULL);
- }
處理softirq
處理softirq是通過(guò) do_softirq() 函數(shù)實(shí)現(xiàn)，代碼如下：
- asmlinkage void do_softirq()
- {
- int cpu = smp_processor_id();
- __u32 active, mask;
- if (in_interrupt())
- return;
- local_bh_disable();
- local_irq_disable();
- mask = softirq_mask(cpu);
- active = softirq_active(cpu) & mask;
- if (active) {
- struct softirq_action *h;
- restart:
- softirq_active(cpu) &= ~active;
- local_irq_enable();
- h = softirq_vec;
- mask &= ~active;
- do {
- if (active & 1)
- h->action(h);
- h++;
- active >>= 1;
- } while (active);
- local_irq_disable();
- active = softirq_active(cpu);
- if ((active &= mask) != 0)
- goto retry;
- }
- local_bh_enable();
- return;
- retry:
- goto restart;
- }
前面說(shuō)了 softirq_vec 數(shù)組有32個(gè)元素，每個(gè)元素對(duì)應(yīng)一種類(lèi)型的softirq，那么Linux怎么知道哪種softirq需要被執(zhí)行呢?在Linux中，每個(gè)CPU都有一個(gè)類(lèi)型為 irq_cpustat_t 結(jié)構(gòu)的變量，irq_cpustat_t 結(jié)構(gòu)定義如下：
- typedef struct {
- unsigned int __softirq_active;
- unsigned int __softirq_mask;
- ...
- } irq_cpustat_t;
其中 __softirq_active 字段表示有哪種softirq觸發(fā)了(int類(lèi)型有32個(gè)位，每一個(gè)位代表一種softirq)，而 __softirq_mask 字段表示哪種softirq被屏蔽了。Linux通過(guò) __softirq_active 這個(gè)字段得知哪種softirq需要執(zhí)行(只需要把對(duì)應(yīng)位設(shè)置為1)。
所以，do_softirq() 函數(shù)首先通過(guò) softirq_mask(cpu) 來(lái)獲取當(dāng)前CPU對(duì)應(yīng)被屏蔽的softirq，而 softirq_active(cpu) & mask 就是獲取需要執(zhí)行的softirq，然后就通過(guò)對(duì)比 __softirq_active 字段的各個(gè)位來(lái)判斷是否要執(zhí)行該類(lèi)型的softirq。
tasklet機(jī)制
前面說(shuō)了，tasklet機(jī)制是基于softirq機(jī)制的，tasklet機(jī)制其實(shí)就是一個(gè)任務(wù)隊(duì)列，然后通過(guò)softirq執(zhí)行。在Linux內(nèi)核中有兩種tasklet，一種是高優(yōu)先級(jí)tasklet，一種是普通tasklet。這兩種tasklet的實(shí)現(xiàn)基本一致，唯一不同的就是執(zhí)行的優(yōu)先級(jí)，高優(yōu)先級(jí)tasklet會(huì)先于普通tasklet執(zhí)行。
tasklet本質(zhì)是一個(gè)隊(duì)列，通過(guò)結(jié)構(gòu)體 tasklet_head 存儲(chǔ)，并且每個(gè)CPU有一個(gè)這樣的隊(duì)列，我們來(lái)看看結(jié)構(gòu)體 tasklet_head 的定義：
- struct tasklet_head
- {
- struct tasklet_struct *list;
- };
- struct tasklet_struct
- {
- struct tasklet_struct *next;
- unsigned long state;
- atomic_t count;
- void (*func)(unsigned long);
- unsigned long data;
- };
從 tasklet_head 的定義可以知道，tasklet_head 結(jié)構(gòu)是 tasklet_struct 結(jié)構(gòu)隊(duì)列的頭部，而 tasklet_struct 結(jié)構(gòu)的 func 字段正式任務(wù)要執(zhí)行的函數(shù)指針。Linux定義了兩種的tasklet隊(duì)列，分別為 tasklet_vec 和 tasklet_hi_vec，定義如下：
- struct tasklet_head tasklet_vec[NR_CPUS];
- struct tasklet_head tasklet_hi_vec[NR_CPUS];
可以看出，tasklet_vec 和 tasklet_hi_vec 都是數(shù)組，數(shù)組的元素個(gè)數(shù)為CPU的核心數(shù)，也就是每個(gè)CPU核心都有一個(gè)高優(yōu)先級(jí)tasklet隊(duì)列和一個(gè)普通tasklet隊(duì)列。
調(diào)度tasklet
如果我們有一個(gè)tasklet需要執(zhí)行，那么高優(yōu)先級(jí)tasklet可以通過(guò) tasklet_hi_schedule() 函數(shù)調(diào)度，而普通tasklet可以通過(guò) tasklet_schedule() 調(diào)度。這兩個(gè)函數(shù)基本一樣，所以我們只分析其中一個(gè)：
- static inline void tasklet_hi_schedule(struct tasklet_struct *t)
- {
- if (!test_and_set_bit(TASKLET_STATE_SCHED, &t->state)) {
- int cpu = smp_processor_id();
- unsigned long flags;
- local_irq_save(flags);
- t->next = tasklet_hi_vec[cpu].list;
- tasklet_hi_vec[cpu].list = t;
- __cpu_raise_softirq(cpu, HI_SOFTIRQ);
- local_irq_restore(flags);
- }
- }
函數(shù)參數(shù)的類(lèi)型是 tasklet_struct 結(jié)構(gòu)的指針，表示需要執(zhí)行的tasklet結(jié)構(gòu)。tasklet_hi_schedule() 函數(shù)首先判斷這個(gè)tasklet是否已經(jīng)被添加到隊(duì)列中，如果不是就添加到 tasklet_hi_vec 隊(duì)列中，并且通過(guò)調(diào)用 __cpu_raise_softirq(cpu, HI_SOFTIRQ) 來(lái)告訴softirq需要執(zhí)行 HI_SOFTIRQ 類(lèi)型的softirq，我們來(lái)看看 __cpu_raise_softirq() 函數(shù)的實(shí)現(xiàn)：
- static inline void __cpu_raise_softirq(int cpu, int nr)
- {
- softirq_active(cpu) |= (1<<nr);
- }
可以看出，__cpu_raise_softirq() 函數(shù)就是把 irq_cpustat_t 結(jié)構(gòu)的 __softirq_active 字段的 nr位 設(shè)置為1。對(duì)于 tasklet_hi_schedule() 函數(shù)就是把 HI_SOFTIRQ 位(0位)設(shè)置為1。
前面我們也介紹過(guò)，Linux在初始化時(shí)會(huì)注冊(cè)兩種softirq，TASKLET_SOFTIRQ 和 HI_SOFTIRQ：
- void __init softirq_init()
- {
- ...
- open_softirq(TASKLET_SOFTIRQ, tasklet_action, NULL);
- open_softirq(HI_SOFTIRQ, tasklet_hi_action, NULL);
- }
所以當(dāng)把 irq_cpustat_t 結(jié)構(gòu)的 __softirq_active 字段的 HI_SOFTIRQ 位(0位)設(shè)置為1時(shí)，softirq機(jī)制就會(huì)執(zhí)行 tasklet_hi_action() 函數(shù)，我們來(lái)看看 tasklet_hi_action() 函數(shù)的實(shí)現(xiàn)：
- static void tasklet_hi_action(struct softirq_action *a)
- {
- int cpu = smp_processor_id();
- struct tasklet_struct *list;
- local_irq_disable();
- list = tasklet_hi_vec[cpu].list;
- tasklet_hi_vec[cpu].list = NULL;
- local_irq_enable();
- while (list != NULL) {
- struct tasklet_struct *t = list;
- list = list->next;
- if (tasklet_trylock(t)) {
- if (atomic_read(&t->count) == 0) {
- clear_bit(TASKLET_STATE_SCHED, &t->state);
- t->func(t->data); // 調(diào)用tasklet處理函數(shù)
- tasklet_unlock(t);
- continue;
- }
- tasklet_unlock(t);
- }
- ...
- }
- }
tasklet_hi_action() 函數(shù)非常簡(jiǎn)單，就是遍歷 tasklet_hi_vec 隊(duì)列并且執(zhí)行其中tasklet的處理函數(shù)。
