(1)上半部和下半部的区别
上半部指的是中断处理程序,下半部则指的是一些虽然与中断有相关性但是可以延后执行的任务,两者的主要区别在于:中断不能被相同类型的中断打断,而下半部依然可以被中断打断;中断对于时间非常敏感,而下半部基本上都是一些可以延迟的工作。由于二者的这种区别,所以对于一个工作是放在上半部还是放在下半部去执行,可以参考下面四条:
a)如果一个任务对时间非常敏感,将其放在中断处理程序中执行。
b)如果一个任务和硬件相关,将其放在中断处理程序中执行。
c)如果一个任务要保证不被其他中断(特别是相同的中断)打断,将其放在中断处理程序中执行。
d)其他所有任务,考虑放在下半部去执行。
(2)为什么要使用软中断?
软中断作为下半部机制的代表,是随着SMP(share memory
processor)的出现应运而生的,它也是tasklet实现的基础(tasklet实际上只是在软中断的基础上添加了一定的机制)。软中断一般是“可延迟函数”的总称,有时候也包括了tasklet。它的出现就是因为要满足上面所提出的上半部和下半部的区别,使得对时间不敏感的任务延后执行,而且可以在多个CPU上并行执行,使得总的系统效率可以更高。它的特性包括:
a)产生后并不是马上可以执行,必须要等待内核的调度才能执行。软中断不能被自己打断,只能被硬件中断打断(上半部)。
b)可以并发运行在多个CPU上(即使同一类型的也可以)。所以软中断必须设计为可重入的函数(允许多个CPU同时操作),因此也需要使用自旋锁来保护其数据结构。
(3)为什么要使用tasklet?(tasklet和软中断的区别)
由于软中断必须使用可重入函数,这就导致设计上的复杂度变高,作为设备驱动程序的开发者来说,增加了负担。而如果某种应用并不需要在多个CPU上并行执行,那么软中断其实是没有必要的。因此诞生了弥补以上两个要求的tasklet。它具有以下特性:
a)一种特定类型的tasklet只能运行在一个CPU上,不能并行,只能串行执行。
b)多个不同类型的tasklet可以并行在多个CPU上。
c)软中断是静态分配的,在内核编译好之后,就不能改变。但tasklet就灵活许多,可以在运行时改变(比如添加模块时)。
tasklet是在两种软中断类型的基础上实现的,但是由于其特殊的实现机制,所以具有了这样不同于软中断的特性。而由于这种特性,所以降低了设备驱动程序开发者的负担,因此如果不需要软中断的并行特性,tasklet就是最好的选择。
(4)为什么要使用工作队列work queue?(work queue和软中断的区别)
可延迟函数运行在中断上下文中(软中断的一个检查点就是do_IRQ退出的时候),于是导致了一些问题:软中断不能睡眠、不能阻塞。由于中断上下文出于内核态,没有进程切换,所以如果软中断一旦睡眠或者阻塞,将无法退出这种状态,导致内核会整个僵死。但可阻塞函数不能用在中断上下文中实现,必须要运行在进程上下文中,例如访问磁盘数据块的函数。因此,可阻塞函数不能用软中断来实现。但是它们往往又具有可延迟的特性。
因此在2.6版的内核中出现了在内核态运行的工作队列(替代了2.4内核中的任务队列)。它也具有一些可延迟函数的特点(需要被激活和延后执行),但是能够能够在不同的进程间切换,以完成不同的工作。
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