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什么是中斷下半部

當產生一個中斷時，會進入中斷處理程序。

但中斷處理程序必須快速、異步、簡單的對硬件做出迅速響應并完成那些時間要求很嚴格的操作。

因此，對于那些其他的、對時間要求相對寬松的任務，就應該推后到中斷被激活以后再去運行。

這樣，整個中斷處理流程就被分為了兩個部分：

第一個部分是中斷處理程序(上半部)，內核通過對它的異步執行完成對硬件中斷的即時響應。
中斷處理流程中的另外那一部分，下半部(bottom half)

下半部的任務主要是執行與中斷相關的工作，這些工作沒有被中斷服務程序本身完成。

下半部并不需要指明一個確切時間，只要把這些任務推遲一點，讓它們在系統不太繁忙并且中斷恢復后執行就可以了。

上半部和下半部的主要區別：

上半部指的是中斷處理程序，下半部則指的是一些雖然與中斷有相關性但是可以延后執行的任務。

上半部中斷不能被相同類型的中斷打斷，而下半部依然可以被中斷打斷。

通常下半部在中斷處理程序一返回就會馬上運行。

上半部分簡單快速，執行的時候禁止一些或者全部中斷。

下半部分稍后執行，而且執行期間可以響應所有的中斷。

Linux中，對中斷下半部的實現主要有三種：

軟中斷
tasklet
工作隊列

softirq

softirq即軟中斷，代碼位于kernel/softirq.c文件中；

每個軟中斷由softirq_action結構表示：

在softirq.c中定義了一個軟中斷向量數組softirq_vec：

static struct softirq_action softirq_vec[NR_SOFTIRQS] __cacheline_aligned_in_smp;  
    enum  
    {  
       HI_SOFTIRQ=0, /*用于高優先級的tasklet*/  
       TIMER_SOFTIRQ, /*用于定時器的下半部*/  
       NET_TX_SOFTIRQ, /*用于網絡層發包*/  
       NET_RX_SOFTIRQ, /*用于網絡層收報*/  
       BLOCK_SOFTIRQ,  
       BLOCK_IOPOLL_SOFTIRQ,  
       TASKLET_SOFTIRQ, /*用于低優先級的tasklet*/  
       SCHED_SOFTIRQ,  
       HRTIMER_SOFTIRQ,  
       RCU_SOFTIRQ, /* Preferable RCU should always be the last softirq */  
       NR_SOFTIRQS  
   };

登錄后復制

數組的成員數由NR_SOFTIRQS決定，是一個枚舉常量。

新增一個軟中斷時，需要在文件include/linux/interrupt.h 中添加一個枚舉常量。

軟中斷使用的幾個要點：

一個軟中斷不會搶占另外一個軟中斷。
惟一可以搶占軟中斷的是中斷處理程序。
其他的軟中斷可以在其他處理器上同時執行。

相關接口

注冊軟中斷

void open_softirq(int nr, void (*action)(struct softirq_action *))

登錄后復制

即注冊對應類型的處理函數到全局數組softirq_vec中。

觸發軟中斷

void raise_softirq(unsigned int nr)

登錄后復制

實際上即以軟中斷類型nr作為偏移量會置位irq_stat[cpu_id]的成員變量__softirq_pending.

__softirq_pending字段中的每一個bit，對應著某一個軟中斷，某個bit被置位，說明有相應的軟中斷等待處理。

這也是同一類型軟中斷可以在多個cpu上并行運行的根本原因。

軟中斷實例

以一個按鍵驅動的中斷處理為例，將按鍵驅動的中斷處理分成上下兩部分：

上半部：讀取鍵值，觸發軟中斷
下半部：喚醒進程

軟中斷的注冊，在驅動的入口函數，注冊軟中斷：

添加的枚舉常量：

可以看到，使用軟中斷是需要修改內核，添加一個枚舉的，有些繁瑣。

所以，通常我們不建議擅自增加軟中斷的數量，如果需要新的軟中斷，盡可能把它們實現為基于軟中斷的tasklet形式。

tasklet

tasklet是利用軟中斷實現的一種下半部機制。

那是用軟中斷還是tasklet好呢？

選擇到底是用軟中斷還是tasklet其實很簡單：

通常你應該用tasklet。就像我們在前面看到的，軟中斷資源有限，也麻煩，而且軟中斷的使用者屈指可數。它只在那些執行頻率很高和連續性要求很高的情況下才需要。
而tasklet卻有更廣泛的用途。大多數情況下用tasklet效果都不錯，而且它們還非常容易使用。
因為tasklet是通過軟中斷實現的，所以它們本身也是軟中斷。

tasklet使用

tasklet的使用步驟如下：

1、編寫tasklet處理函數（下半部）

void my_tasklet_fun (unsigned long data)

登錄后復制

2、聲明tasklet

//靜態 
DECLARE_TASKLET(my_tasklet,my_tasklet_fun,data); 
//動態
Struct  tasklet_struct xxx;
tasklet_init(&xxx,tasklet_handler,dev)

登錄后復制

3、調度 tasklet

tasklet_schedule(&my_tasklet);

登錄后復制

登記my_tasklet, 然后允許系統在合適的時間調度它。

tasklet實例

以按鍵中斷驅動為例：

先使用DECLARE_TASKLET靜態聲明一個tasklet，指定其下半部函數為btn_tasklet_func，在中斷服務函數（上半部）獲取按鍵值后，調用tasklet_schedule調度。

work queue

work queue即工作隊列，也是中斷下半部的一種。

Work queue將下半部工作推遲給一個內核線程去執行 ——work 總是運行于進程上下文.

兩個要點：

如果推遲的工作需要睡眠，則使用work queues。否則使用softirq或tasklets.
Work queues適用于需要分配大量的內存，獲得一個信號量，或者執行阻塞的I/O的情況.

工作隊列的相關接口函數：

在使用上，工作隊列與tasklet是類似的：