软中断

一、 引言
软中断是linux系统原“底半处理”的升级，在原有的基础上发展的新的处理方式，以适应多cpu 、多线程的软中断处理。要了解软中断，我们必须要先了原来底半处理的处理机制。
二、底半处理机制（基于2.0.3版本）
某些特殊时刻我们并不愿意在核心中执行一些操作。例如中断处理过程中。当中断发生时处理器将停止当前的工作, 操作系统将中断发送到相应的设备驱动上去。由于此时系统中其他程序都不能运行, 所以设备驱动中的中断处理过程不宜过长。有些任务最好稍后执行。Linux底层部分处理机制可以让设备驱动和Linux核心其他部分将这些工作进行排序以延迟执行。
系统中最多可以有32个不同的底层处理过程；bh_base是指向这些过程入口的指针数组。而bh_active和 bh_mask用来表示那些处理过程已经安装以及那些处于活动状态。如果bh_mask的第N位置位则表示bh_base的 第N个元素包含底层部分处理例程。如果bh_active的第N位置位则表示第N个底层处理过程例程可在调度器认 为合适的时刻调用。这些索引被定义成静态的；定时器底层部分处理例程具有最高优先级（索引值为0）， 控制台底层部分处理例程其次（索引值为1）。典型的底层部分处理例程包含与之相连的任务链表。例如 immediate底层部分处理例程通过那些需要被立刻执行的任务的立即任务队列（tq_immediate）来执行。
--引自David A Rusling的《linux核心》。
三、对2.4.1 软中断处理机制
下面，我们进入软中断处理部份（softirq.c）：
由softirq.c的代码阅读中，我们可以知道，在系统的初始化过程中（softirq_init()），它使用了两个数组：bh_task_vec[32],softirq_vec[32]。其中，bh_task_vec[32]填入了32个bh_action()的入口地址，但soft_vec[32]中，只有softirq_vec[0],和softirq_vec[3]分别填入了tasklet_action()和tasklet_hi_action()的地址。其余的保留它用。
当发生软中断时，系统并不急于处理，只是将相应的cpu的中断状态结构中的active 的相应的位置位，并将相应的处理函数挂到相应的队列,然后等待调度时机来临（如：schedule(),
系统调用返回异常时，硬中断处理结束时等），系统调用do_softirq()来测试active位，再调用被激活的进程在这处过程中，软中断的处理与底半处理有了差别，active 和mask不再对应bh_base[nr], 而是对应softirq_vec[32]。在softirq.c中，我们只涉及了softirq_vec[0]、softirq_vec[3]。这两者分别调用了tasklet_action()和tasklet_hi_action()来进行后续处理。这两个过程比较相似，大致如下：
1 锁cpu的tasklet_vec[cpu]链表，取出链表，将原链表清空，解锁，还给系统。
2 对链表进行逐个处理。
3 有无法处理的，（task_trylock(t)失败，可能有别的进程锁定），插回系统链表。至此，系统完成了一次软中断的处理。
接下来有两个问题：
1 bh_base[]依然存在，但应在何处调用？
2 tasklet_vec[cpu]队列是何时挂上的？
四、再探讨
再次考查softirq.c 的bh_action()部份，发现有两个判断：
A：if(!spin_trylock(&global_bh_lock))goto:rescue 指明如果global_bh_lock 不能被锁上(已被其它进程锁上)，则转而执行rescue，将bh_base[nr]挂至tasklet_hi_vec[cpu]队列中。等候中断调度。
B：if(!hardirq_trylock(cpu)) goto tescue unlock 此时有硬中断发生，放入队列推迟执行。若为空闲，现在执行。
由此可见,这部分正是对应底半处理的程序,bh_base[]的延时处理正是底半处理的特点,可以推测,如果没有其它函数往tasklet_hi_vec[cpu]队列挂入,那tasklet_hi_vec[cpu]正完全对应着bh_base[]底半处理
在bh_action()中，把bh_ation()挂入tasklet_hi_vec[cpu]的正是mark_bh(),在整个源码树中查找，发现调用mark_bh()的函数很多，可以理解，软中断产生之时，相关的函数会调用mark_bh()，将bh_action挂上tasklet_hi_vec队列，而bh_action()的作用不过是在发现bh_base[nr]暂时无法处理时重返队列的方法。
由此可推测tasklet_vec队列的挂接应与此相似，查看interrupt.h，找到tasklet_schedule()函数：
157 static inline void tasklet_schedule(struct tasklet_struct *t)
158 {
159 if (!test_and_set_bit(TASKLET_STATE_SCHED, &t->;state)) {
160 int cpu = smp_processor_id();
161 unsigned long flags;
162
163 local_irq_save(flags);
164 t->;next = tasklet_vec[cpu].list;
165 tasklet_vec[cpu].list = t; ／＊插入队列。
166 __cpu_raise_softirq(cpu, TASKLET_SOFTIRQ);
167 local_irq_restore(flags);
168 }
169 }
正是它为tasklet_vec[cpu]队列的建立立下了汗马功劳，在源码树中，它亦被多个模块调用，来完成它的使命。
至此，我们可以描绘一幅完整的软中断处理图了。
现在，再来考查do_softirq()的softirq_vec[32],在interrupt.h中有如下定义：
56 enum
57 {
58 HI_SOFTIRQ=0,
59 NET_TX_SOFTIRQ,
60 NET_RX_SOFTIRQ,
61 TASKLET_SOFTIRQ
62 };
这四个变量应都是为softirq_vec[]的下标，那么，do_softirq()也将会处理NET＿TX＿SOFTIRQ和NET＿RX＿SOFTIRQ，是否还处理其它中断，这有待探讨。也许，这个do_softirq()有着极大的拓展性，等着我们去开发呢。
主要通过__cpu_raise_softirq来设置
在hi_tasklet(也就是一般用于bh的)的处理里面，在处理完当前的队列后，会将补充的队列重新挂上，然后标记(不管是否补充队列里面有tasklet):
local_irq_disable();
t->;next = tasklet_hi_vec[cpu].list;
tasklet_hi_vec[cpu].list = t;
__cpu_raise_softirq(cpu, HI_SOFTIRQ);
local_irq_enable();
因此，对mark_bh根本不用设置这个active位。对于一般的tasklet也一样:
local_irq_disable();
t->;next = tasklet_vec[cpu].list;
tasklet_vec[cpu].list = t;
__cpu_raise_softirq(cpu, TASKLET_SOFTIRQ);
local_irq_enable();
其它的设置，可以检索上面的__cpu_raise_softirq
bottom half, softirq, tasklet, tqueue
[bottom half]
bh_base[32]
|
\/
bh_action();
|
\/
bh_task_vec[32];
| mark_bh(), tasklet_hi_schedule()
\/
task_hi_action
bh_base对应的是32个函数，这些函数在bh_action()中调用
static void bh_action(unsigned long nr)
{
int cpu = smp_processor_id();
if (!spin_trylock(&global_bh_lock))
goto resched;
if (!hardirq_trylock(cpu))
goto resched_unlock;
if (bh_base[nr])
bh_base[nr]();
hardirq_endlock(cpu);
spin_unlock(&global_bh_lock);
return;
resched_unlock:
spin_unlock(&global_bh_lock);
resched:
mark_bh(nr);
}
在软中断初始化时，将bh_action()放到bh_task_vec[32]中，bh_task_vec[32]中元素的类型是tasklet_struct,系统使用mark_bh()或task_hi_schedule()函数将它挂到task_hi_vec[]的对列中，在系统调用do_softirq()时执行。
static inline void mark_bh(int nr)
{
tasklet_hi_schedule(bh_task_vec nr);
}
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);
}
}
[softirq]
softirq_vec[32];
struct softirq_action
{
void (*action)(struct softirq_action *);
void *data;
};
软中断对应一个softirq_action的结构，在do_softirq()中调用相应的action()做处理。
软中断初始化时只设置了0，3两项，对应的action是task_hi_action和task_action.
1: task_hi_action
/\
|
tasklet_hi_vec[NR_CPU]
struct tasklet_head tasklet_hi_vec[NR_CPUS] __cacheline_aligned;
struct tasklet_head
{
struct tasklet_struct *list;
} __attribute__ ((__aligned__(SMP_CACHE_BYTES)));
task_hi_action处理的对象是一个tasklet的队列，每个cpu都有一个对应的tasklet队列，
它在tasklet_hi_schedule中动态添加。
3: task_action
/\
|
tasklet_vec[NR_CPU]
[tasklet]
struct tasklet_struct
{
struct tasklet_struct *next;
unsigned long state;
atomic_t count;
void (*func)(unsigned long);
unsigned long data;
};
从上面的分析来看tasklet只是一个调用实体，在do_softirq()中被调用。softirq的组织和结构才是最重要的。