中断与软中断简要分析

在分析linux内核的中断，软中断时，先应该明确这样一个派生关系：

irq ==> softirq ==> tasklet ==> bottom half ==> task queue
----------------------------------------------|==> timer

中断是最初的原动力。分时系统依赖于时钟中断来定时重新调度可以运行的程序。外设通过中断来通知cpu处理相关的任务。中断处理程序是内核中一段特殊的，独立的，可运行实体。这个实体，某种程度上，是和进程或线程类似的。

由于中断需要快速处理，因此派生出来软中断softirq来处理中断没有处理完的事情。比如在网卡的驱动程序里，在中断环境里，只是把包放到一个队列里，然后由软中断来把包传递给进程，或者转发包等。

linux的softirq是不可重入的，因此，在单cpu的系统上，一次只能有一个软中断在运行。而在多cpu系统上，可以同时有多个softirq在运行。softirq可以处理更多的任务，一般如协议栈，文件系统等，都可以放到软中断里面处理。

tasklet是在softirq上的一个扩展。它是一段可以执行的代码片断，但是，一个tasklet同时只能在一个cpu上执行（一个tasklet只能有一个活动实体，而一个softirq可以有多个活动实体，但是softirq的活动实体是不可重入的）。

bottom half是linux 2.2.x以前的系统所采用的软中断机制，由于在smp上扩展性不好，现在已经不用了。bh也是一个可执行的代码片断，但是全局只能有一个bh在运行，多个bh之前是线性执行的，所以在smp系统上，浪费比较严重。

task queue是在bh机制上的一个扩展。也是一个可执行的代码片断。其目的是突破bh的数目限制（只有32个）。但是它的执行也是线性的，因此在smp上，也没什么优势。

timer也是bh上的一个扩展。每个timer都是一个可执行的片断，但是它更灵活，所以，如果有优先级高的任务，可以考虑使用timer。

在编写设备驱动时， tasklet 机制是一种比较常见的机制，通常用于减少中断处理的时间，将本应该是在中断服务程序中完成的任务转化成软中断完成。

为了最大程度的避免中断处理时间过长而导致中断丢失，有时候我们需要把一些在中断处理 中不是非常紧急的任务放在后面执行，而让中断处理程序尽快返回。在老版本的 linux 中通常将中断处理分为 top half handler 、 bottom half handler 。利用 top half handler 处理中断必须处理的任务，而 bottom half handler 处理不是太紧急的任务。

但是 linux2.6 以后的 linux 采取了另外一种机制，就是软中断来代替 bottom half handler 的处理。而 tasklet 机制正是利用软中断来完成对驱动 bottom half 的处理。 Linux2.6 中软中断通常只有固定的几种： HI_SOFTIRQ( 高优先级的 tasklet ，一种特殊的 tasklet) 、 TIMER_SOFTIRQ （定时器）、 NET_TX_SOFTIRQ （网口发送）、 NET_RX_SOFTIRQ （网 口接收） 、 BLOCK_SOFTIRQ （块设备）、 TASKLET_SOFTIRQ （普通 tasklet ）。当然也可以通过直接修改内核自己加入自己的软中断，但是一般来说这是不合理的，软中断的优先级比较高，如果不是在内核处理频繁的任务不建议使用。通常 驱动用户使用 tasklet 足够了。

软中断和 tasklet 的关系如下图：

（如果你看不到此图，也可以从“相册/文中图片”中找到图片。）

   
    上图可以看出， ksoftirqd 是一个后台运行的内核线程，它会周期的遍历软中断的向量列表，如果发现哪个软中断向量被挂起了（ pend ），就执行对应的处理函数，对于 tasklet 来说，此处理函数就是 tasklet_action ，这个处理函数在系统启动时初始化软中断的就挂接了。

Tasklet_action 函数，遍历一个全局的 tasklet_vec 链表（此链表对于 SMP 系统是每个 CPU 都有一个），此链表中的元素为 tasklet_struct 。此结构如下 :

struct tasklet_struct

{

       struct tasklet_struct *next;

       unsigned long state;

       atomic_t count;

       void (*func)(unsigned long);

       unsigned long data;

};

每个结构一个函数指针，指向你自己定义的函数。当我们要使用 tasklet ，首先新定义一个 tasklet_struct 结构，并初始化好要执行函数指针，然后将它挂接到 task_vec 链表中，并发一个软中断就可以等着被执行了。

原理大概如此，对于 linux 驱动的作者其实不需要关心这些，关键是我们如何去使用 tasklet 这种机制。

Linux 中提供了如下接口：

DECLARE_TASKLET(name,function,data) ：此接口初始化一个 tasklet ；其中 name 是 tasklet 的名字， function 是执行 tasklet 的函数； data 是 unsigned long 类型的 function 参数。

static inline void tasklet_schedule(struct tasklet_struct *t) ：此接口将定义后的 tasklet 挂接到 cpu 的 tasklet_vec 链表，具体是哪个 cpu 的 tasklet_vec 链表，是根据当前线程是运行在哪个 cpu 来决定的。此函数不仅会挂接 tasklet ，而且会起一个软 tasklet 的软中断 , 既把 tasklet 对应的中断向量挂起 (pend) 。

两个工作完成后，基本上可以了， tasklet 机制并不复杂，很容易的使程序尽快的响应中断，避免造成中断丢失。