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linux中斷處理原理分析

作者: 時間:2016-12-09 來源:網絡 收藏

  Tasklet作為一種新機制,顯然可以承擔更多的優點。正好這時候SMP越來越火了,因此又在tasklet中加入了SMP機制,保證同種只能在一個cpu上執行。在軟時代,顯然沒有這種考慮。因此同一種可以在兩個cpu上同時執行,很可能造成沖突。

本文引用地址:http://www.j9360.com/article/201612/341381.htm

  Linux中斷下半部處理有三種方式:軟中斷、tasklet、工作隊列。

  曾經有人問我為什么要分這幾種,該怎么用。當時用書上的東西蒙混了過去,但是自己明白自己實際上是不懂的。最近有時間了,于是試著整理一下的中斷處理機制,目的是起碼從原理上能夠說得通。

  一、最簡單的中斷機制

  最簡單的中斷機制就是像芯片手冊上講的那樣,在中斷向量表中填入跳轉到對應處理函數的指令,然后在處理函數中實現需要的功能。類似下圖:  

 

  這種方式在原來的單片機課程中常常用到,一些簡單的單片機系統也是這樣用。

  它的好處很明顯,簡單,直接。

  二、下半部

  中斷處理函數所作的第一件事情是什么?答案是屏蔽中斷(或者是什么都不做,因為常常是如果不清除IF位,就等于屏蔽中斷了),當然只屏蔽同一種中斷。之所以要屏蔽中斷,是因為新的中斷會再次調用中斷處理函數,導致原來中斷處理現場的破壞。即,破壞了 interrupt context。

  隨著系統的不斷復雜,中斷處理函數要做的事情也越來越多,多到都來不及接收新的中斷了。于是發生了中斷丟失,這顯然不行,于是產生了新的機制:分離中斷接收與中斷處理過程。中斷接收在屏蔽中斷的情況下完成;中斷處理在時能中斷的情況下完成,這部分被稱為中斷下半部。

    

 

  從上圖中看,只看int0的處理。Func0為中斷接收函數。中斷只能簡單的觸發func0,而func0則能做更多的事情,它與funcA之間可以使用隊列等緩存機制。當又有中斷發生時,func0被觸發,然后發送一個中斷請求到緩存隊列,然后讓funcA去處理。

  由于func0做的事情是很簡單的,所以不會影響int0的再次接收。而且在func0返回時就會使能int0,因此funcA執行時間再長也不會影響int0的接收。

  三、軟中斷

  下面看看中斷處理。作為一個操作系統顯然不能任由每個中斷都各自為政,統一管理是必須的。

  我們不可中斷部分的共同部分放在函數do_IRQ中,需要添加中斷處理函數時,通過request_irq實現。下半部放在do_softirq中,也就是軟中斷,通過open_softirq添加對應的處理函數。

    

 

  四、tasklet

  舊事物跟不上歷史的發展時,總會有新事物出現。

  隨著中斷數的不停增加,軟中斷不夠用了,于是下半部又做了進化。

  軟中斷用輪詢的方式處理。假如正好是最后一種中斷,則必須循環完所有的中斷類型,才能最終執行對應的處理函數。顯然當年開發人員為了保證輪詢的效率,于是限制中斷個數為32個。

  為了提高中斷處理數量,順道改進處理效率,于是產生了tasklet機制。

  Tasklet采用無差別的隊列機制,有中斷時才執行,免去了循環查表之苦。

    

 

  總結下tasklet的優點:

  (1)無類型數量限制;

  (2)效率高,無需循環查表;

  (3)支持SMP機制;

  五、工作隊列

  前面的機制不論如何折騰,有一點是不會變的。它們都在中斷上下文中。什么意思?說明它們不可掛起。而且由于是串行執行,因此只要有一個處理時間較長,則會導致其他中斷響應的延遲。為了完成這些不可能完成的任務,于是出現了工作隊列。工作隊列說白了就是一組內核線程,作為中斷守護線程來使用。多個中斷可以放在一個線程中,也可以每個中斷分配一個線程。

  工作隊列對線程作了封裝,使用起來更方便。

  因為工作隊列是線程,所以我們可以使用所有可以在線程中使用的方法。

    

 

  Tasklet其實也不一定是在中斷上下文中執行,它也有可能在線程中執行。

  假如中斷數量很多,而且這些中斷都是自啟動型的(中斷處理函數會導致新的中斷產生),則有可能cpu一直在這里執行中斷處理函數,會導致用戶進程永遠得不到調度時間。

  為了避免這種情況,發現中斷數量過多時,會把多余的中斷處理放到一個單獨的線程中去做,就是ksoftirqd線程。這樣又保證了中斷不多時的響應速度,又保證了中斷過多時不會把用戶進程餓死。

  問題是我們不能保證我們的tasklet或軟中斷處理函數一定會在線程中執行,所以還是不能使用進程才能用的一些方法,如放棄調度、長延時等。

  六、使用方式總結

  Request_irq掛的中斷函數要盡量簡單,只做必須在屏蔽中斷情況下要做的事情。

  中斷的其他部分都在下半部中完成。

  軟中斷的使用原則很簡單,永遠不用。它甚至都不算是一種正是的中斷處理機制,而只是tasklet的實現基礎。

  工作隊列也要少用,如果不是必須要用到線程才能用的某些機制,就不要使用工作隊列。其實對于中斷來說,只是對中斷進行簡單的處理,大部分工作是在驅動程序中完成的。所以有什么必要非使用工作隊列呢?

  除了上述情況,就要使用tasklet。

  即使是下半部,也只是作必須在中斷中要做的事情,如保存數據等,其他都交給驅動程序去做。



關鍵詞: linux 中斷

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