linux中断与下半部

╰半夏微凉° 2022-04-23 04:24 160阅读 0赞

中断：解决cpu和硬件速度差距太大问题，不能让cpu等，也不能让cpu轮询，所以硬件好了给cpu发个信号  
硬件（控制器）-中断控制器- cpu （中断控制器在中断线激活（未被屏蔽）才发向cpu）  
中断：不需要与cpu时钟同步，异步，随时可以来  
异常（缺页，0除）：与cpu时钟同步，同步，cpu产生，如系统调用就通过软中断（异常）陷入内核  
中断请求线(IRQ)/中断线，一般都屏蔽中断线，很少禁止本地（某cpu）中断  
中断处理程序是设备驱动程序（管理设备的内核代码）一部分，驱动程序需注册其中断处理程序  
注册：可能会指定（1 处理中断时是否禁止所有其他中断，野蛮行为，不好 2 共享中断线，同一中断线，多个设备，多个程序共享）  
卸载驱动时注销中断处理程序，可能会释放（禁用）中断线（共享的情况下还有其他程序）  
中断处理程序：返回none（不是我设备发的中断）或handled(是我设备发的中断，处理了)，无需重入，一般处理中都会禁掉当前中断线，不会有其他cpu也接到此中断  
共享中断举例：依次调用各处理程序，处理程序内判断是否是我的设备（硬件提供支持，如状态寄存器），不是退出（返回none）  
中断返回可能用户抢占（need\_resched）或内核抢占（need\_resched,preempt\_count）  
中断处理程序：立即执行，尽量快速运行完毕（但至少要通知硬件已收到中断和一些必要的处理）  
中断上下文（无进程概念，无阻塞休眠，重新调度这些概念，不能在内调用一些可能阻塞的函数），可能嵌套（中断处理中被其他中断打断，区分其和调度和阻塞的区别）  
中断处理程序运行时原先使用被中断进程的内核栈，现在每个cpu有一个中断栈

下半部：合适时机执行，执行可稍后放的工作  
举例：网卡在中断里通知硬件并拷贝数据到内存，下半部处理数据。

下半部实现：软中断，tasklet（借助软中断），工作队列  
软中断：编译期间静态分配，用到9个（索引号/优先级从0到8，0为高优先级tasklets，5为正常优先级tasklets，理论上限32,），只可能被中断处理程序抢占，但其他cpu也可能运行软中断（甚至同一类型），所以需要同步机制。触发（标记）后才会执行，一般在中断处理程序里标记  
软中断执行时机：中断处理程序返回，ksoftirqd内核线程，某些显式检查软中断代码处。  
对于时间要求严格，执行频率高的应用，软中断执行最快（性能好），但就是同步考虑太麻烦。  
一般很少直接用软中断，都用tasklet，同步考虑少

tasklet：动态注册注销，同一tasklet不能同时在不同cpu上运行（免去很多同步机制），各种中断处理都挂在一个软中断上

ksoftirqd内核线程：处理软中断和tasklet，  
问题：中断太多，软中断频繁被触发，且软中断自我触发（标记）导致用户进程饥饿。  
1本次软中断处理负责重新触发的软中断，用户进程饥饿  
2 重新触发的软中断放到下一次软中断执行时（多为下一次中断返回时），重新触发的软中断饥饿，即便系统空闲也不执行  
最终方案：每个cpu一个ksoftirqd内核线程( 如ksoftirqd/0)，重新触发的软中断由此内核线程执行（优先级低），抢不过用户线程，在系统空闲时执行

软中断和tasklet都运行在中断上下文中，只不过运行时可响应中断（没有屏蔽中断线或禁止本地中断），但依然不能运行一些可能阻塞的函数等。

工作队列：内核线程和用户线程一样，都是可调度实体，都运行在进程上下文中，只不过它一直运行在内核空间（运行内核代码），且没有内存描述符（借用）  
工作队列作为一种可运行阻塞函数的下半部机制，使用内核线程（工作者线程）运行其负责队列中任务。  
每个cpu有一缺省工作者线程events/n(如events/0)，当然你可以自己创建新的（其他类型的）工作者线程和队列  
工作队列开销最大（内核线程和上下文切换），但有睡眠需求也只能用它。

软中断和tasklet:可认为是异步的，中断了其他进程执行。某些时候需要禁止执行（如禁止本地执行）  
工作队列：同步的，调度发生才执行，不需要也很难禁止。