Linux下半部处理之软中断

一、中断处理为什么要下半部？

Linux在中断处理中间中断处理分了上半部和下半部，目的就是提高系统的响应能力和并发能力。通俗一点来讲：当一个中断产生，调用该中断对应的处理程序(上半部)然后告诉系统，对应的后半部可以执行了。然后中断处理程序就返回，下半部会在合适的时机有系统调用。这样一来就大大的减少了中断处理所需要的时间。

二、那些工作应该放在上半部，那些应该放在下半部？

没有严格的规则，只有一些提示：

1、对时间非常敏感，放在上半部。

2、与硬件相关的，放在上半部。

3、不能被其他中断打断的工作，放在上半部。

以上三点之外的，考虑放在下半部。

三、下半部机制在Linux中是怎么实现的？

下半部在Linux中有以下实现机制：

1、BH(在2.5中删除)

2、任务队列(task queue，在2.5删除)

3、软中断(softirq，2.3开始。本文重点)

4、tasklet(2.3开始)

5、工作队列(work queue，2.5开始)

四、软中断是怎么实现的(以下代码出自2.6.32)？

软中断不会抢占另外一个软中断，唯一可以抢占软中断的是中断处理程序。

软中断可以在不同CPU上并发执行(哪怕是同一个软中断)

1、软中断是编译期间静态分配的，定义如下：

struct softirq_action { void (*action)(struct softirq_action *); };

/*

 * PLEASE, avoid to allocate new softirqs, if you need not _really_ high  

 *  frequency threaded job scheduling. For almost all the purposes  

 *  tasklets are more than enough. F.e. all serial device BHs et  

 *  al. should be converted to tasklets, not to softirqs.  

 */ 

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 

};

/* 

 * map softirq index to softirq name. update 'softirq_to_name' in  * kernel/softirq.c when adding a new softirq.  

 */ 

extern char *softirq_to_name[NR_SOFTIRQS];

static struct softirq_action softirq_vec[NR_SOFTIRQS] __cacheline_aligned_in_smp;

说明：

(1)、软中断的个数书上说是32，看来到这个版本已经发生变化了。

(2)、void (*action)(struct softirq_action *);传递整个结构体指针在于当结构体成员发生变化是，接口不变。

2、系统执行软中断一个注册的软中断必须被标记后才会执行(触发软中断)，通常中断处理程序会在返回前标记它的软中断。在下列地方，待处理的软中断会被执行：

(1)、从一个硬件中断代码处返回。

(2)、在ksoftirqd内核线程。

(3)、在那些显示检查和执行待处理的软中断代码中。

ksoftirqd说明：

每个处理器都有一个这样的线程。所有线程的名字都叫做ksoftirq/n，区别在于n，它对应的是处理器的编号。在一个双CPU的机器上就有两个这样的线程，分别叫做ksoftirqd/0和ksoftirqd/1。为了保证只要有空闲的处理器，它们就会处理软中断，所以给每个处理器都分配一个这样的线程。

执行软中断的代码如下：

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);

    __local_bh_disable((unsigned long)__builtin_return_address(0));

    lockdep_softirq_enter();

    cpu = smp_processor_id();

restart:

    /* Reset the pending bitmask before enabling irqs */

    set_softirq_pending(0);

    local_irq_enable();

    h = softirq_vec;

    do {

        if (pending & 1) {

            int prev_count = preempt_count();

            kstat_incr_softirqs_this_cpu(h - softirq_vec);

            trace_softirq_entry(h, softirq_vec);

            h->action(h);

            trace_softirq_exit(h, softirq_vec);

            if (unlikely(prev_count != preempt_count())) {

                printk(KERN_ERR "huh, entered softirq %td %s %p"

                       "with preempt_count %08x,"

                       " exited with %08x?\n", h - softirq_vec,

                       softirq_to_name[h - softirq_vec],

                       h->action, prev_count, preempt_count());

                preempt_count() = prev_count;

            }

            rcu_bh_qs(cpu);

        }

        h++;

        pending >>= 1;

    } while (pending);

    local_irq_disable();

    pending = local_softirq_pending();

    if (pending && --max_restart)

        goto restart;

    if (pending)

        wakeup_softirqd();

    lockdep_softirq_exit();

    account_system_vtime(current);

    _local_bh_enable();

}

3、编写自己的软中断

(1)、分配索引，在HI_SOFTIRQ与NR_SOFTIRQS中间添加自己的索引号。

(2)、注册处理程序，处理程序：open_softirq(索引号，处理函数)。

(3)、触发你的软中断：raise_softirq(索引号)。

4、软中断处理程序注意

(1)、软中断处理程序执行的时候，允许响应中断，但自己不能休眠。

(2)、如果软中断在执行的时候再次触发，则别的处理器可以同时执行，所以加锁很关键。