软中断(softirq)

一、软中断注册
和硬中断类似，软中断也有类似的中断向量表，只不过是用“软件”实现的。
struct softirq_action softirq_vec[32]是软中断向量表 
（文件linux_2_6_24/kernel/softirq.c）

struct softirq_action
{
    void    (*action)(struct softirq_action *); //钩子函数
    void    *data;                              //钩子函数的形参
};

内核用到的中断向量（其实就是数组下标）如下所示
（文件linux_2_6_24/include/linux/interrupt.h）

enum{
    HI_SOFTIRQ=0,       //高优先级的tasklet
    TIMER_SOFTIRQ,      //内核定时器
    NET_TX_SOFTIRQ,     //网络发送
    NET_RX_SOFTIRQ,     //网络接收
    BLOCK_SOFTIRQ,      //???
    TASKLET_SOFTIRQ,    //普通的tasklet
    SCHED_SOFTIRQ
}

内核注册一个软中断用函数，本质上就是就是初始化数组某一元素

void open_softirq(int nr, void (*action)(struct softirq_action*), void *data)
{   //nr 即软中断向量编号
    softirq_vec[nr].data = data;
    softirq_vec[nr].action = action;
}

内核注册软中断的地方有：

start_kernel()
    -->init_timers()
        -->open_softirq(TIMER_SOFTIRQ,run_timer_softirq,NULL)
    -->softirq_init()
        -->open_softirq(TASKLET_SOFTIRQ, tasklet_action,NULL)
        -->open_softirq(HI_SOFTIRQ,tasklet_hi_action,NULL)

    -->do_initcall()
        -->net_dev_init()
           -->open_softirq(NET_TX_SOFTIRQ, net_tx_action, NULL);
           -->open_softirq(NET_RX_SOFTIRQ, net_rx_action, NULL);
        -->blk_dev_init()
           -->open_softirq(BLOCK_SOFTIRQ, blk_done_softirq,NULL)

二、软中断触发

前面注册完了，现在开始触发。
内核用一个数据结构来标记曾经有“软中断”发生过（或者说成软中断被触发过）
 __softirq_pending 共32bit，即每个bit对应软中断的一个向量，实际使用了6个bit
第n个bit置1，即softirq_vec[n]有软中断发生。

typedef struct {
    unsigned int __softirq_pending; /* set_bit is used on this */
    unsigned int __last_jiffy_stamp;
} ____cacheline_aligned irq_cpustat_t;

extern irq_cpustat_t irq_stat[];        /* defined in asm/hardirq.h */
#define __IRQ_STAT(cpu, member) (irq_stat[cpu].member)

#define local_softirq_pending() \
    __IRQ_STAT(smp_processor_id(), __softirq_pending)

#define set_softirq_pending(x) (local_softirq_pending() = (x))
#define or_softirq_pending(x)  (local_softirq_pending() |= (x))

#define __raise_softirq_irqoff(nr) do { or_softirq_pending(1UL << (nr)); } while (0)

常用的软中断触发函数

void raise_softirq_irqoff(int nr){    //nr 即软中断向量编号
    __raise_softirq_irqoff(nr);
}

但这只是“触发”软中断，软中断并不会立即被处理

三、软中断处理
函数_ _do_softirq是一次性按照向量表从高到低循环处理所有软中断（潜台词，软中断不可嵌套）

_ _do_softirq()的调用时机：

1. irq_exit() 硬件中断处理完，返回时调用

do_IRQ() -->irq_exit()
         -->local_softirq_pending()
         -->_ _do_softirq()

2. ksoftirqd() 内核进程

start_kernel() --> kernel_init() -->do_pre_smp_initcalls()
    -->spawn_ksoftirqd() -->cpu_callback()
    -->kthread_create(ksoftirqd, hcpu, "ksoftirqd/%d", hotcpu)
    -->ksoftirqd()
    -->local_softirq_pending()
    -->_ _do_softirq()

3. local_bh_enable()时，发现有待处理的软中断且当时没处在软硬中断上下文中

local_bh_enable()
    -->local_softirq_pending()
    -->_ _do_softirq()

处理过程代码详解

asmlinkage void __do_softirq(void)
{
    struct softirq_action *h;
    __u32 pending;
    int max_restart = MAX_SOFTIRQ_RESTART;
    int cpu;

    pending = local_softirq_pending();
    account_system_vtime(current);

/*软中断处理中，禁止软中断再次进入，软中断处理是不可重入的*/
    __local_bh_disable((unsigned long)__builtin_return_address(0));
    trace_softirq_enter();
    cpu = smp_processor_id();
restart:
    /* Reset the pending bitmask before enabling irqs
    下面首先清除pending,以便系统可以激活其它软件中断，
    然后使能外部中断
    系统在下面的处理中，将使能外部中断以提高系统的响应，
    注意，必须先清除pending,再使能外部中断，否则死锁*/
    set_softirq_pending(0);

    local_irq_enable();

    h = softirq_vec;

/*下面按照从高到低调用open_softirq注册的句柄*/
    do {
        if (pending & 1) {
            h->action(h);  //关键的一句，tasklet、内核timer、网络中断都是在这里搞的
            rcu_bh_qsctr_inc(cpu);
        }
        h++;
        pending >>= 1;
    } while (pending);

    local_irq_disable();

    pending = local_softirq_pending();
    if (pending && --max_restart)
        goto restart;

    if (pending)
        wakeup_softirqd();

    trace_softirq_exit();

    account_system_vtime(current);
    _local_bh_enable();
}