linux内核--软中断与tasklet

硬件中断通常都需要在最短的时间内执行完毕，如果将所有硬件中断相关的处理都放在硬件中断处理程序中，那么就达不到这个目的。

通过linux提供的软中断和tasklet，可以将硬件中断处理程序中可以延迟处理的部分放到软中断和tasklet中处理。

1，软中断

linux内核定义了软中断的主要数据结构softirg_vec数组，该数组包含类型为softirg_action的32个元素，即0-31，这也代表软中断的优先级。softirg_action数组包含两个字段：一个函数指针，一个参数指针。通过这两个字段，可以执行任何函数。

在linux2.6中，只有前六个元素被使用。 如下图。在硬件中断中，可以将可延迟的部分以softirg_action的形式插入到软中断的某个优先级中，然后在硬件中断处理完以后，就会触 发软件中断的执行，执行时机在下面会有详细描述。

二，tasklet

tasklet是在软中断之上实现，在实现上做了一些优化，它与软中断的区别：

1，软中断 ，即使是同一类型的软中断，可以并发的运行在多个CPU上，所以内核程序员需要考虑同步问题。

2，类型不同的tasklet可以在多个CPU中并发执行，但相同类型的tasklet就不行，因此用tasklet，不用考虑同步问题，简化了设备驱动程序开发者的工作。

tasklet建立在HI_SOFTIRQ和TASKLET_SOFTIRQ两个软中断之上，分别称为：tasklet和高优先级的tasklet。因为HI_SOFTIRG比TASKLET_SOFTIRQ优先级高，所以后者总比前者先执行，除此之外，没有其它区别。

tasklet和高优先级的tasklet分别存放在tasklet_vec和tasklet_hi_vec数组中。以tasklet_vec为例，假如有8个CPU，那么它包含8个tasklet_head元素，每个元素都指向一个tasklet_struct组成的链表。tasklet_struct包含了一个tasklet所有的信息。

三，软中断和tasklet执行时机

直接贴图，如下。

为了保持软中断的低延迟性，软中断处理程序会一直运行把所有的挂起的软中断处理完。但这样会有一个问题就是它会运行很长时间，因而大大延迟用户态进程的执行。

因此，处理程序只做固定次数的循环，就返回。如果没有处理完，就启用一个内核线程来处理它们。

内核线程为重要而难以平衡的问题提供了解决方案，问题如下：

1，如果软中断过多，如果一直处理软中断，就会造成用户进程的饥渴。

2，如果人为的忽略部分软中断，在下一个执行周期执行它们，在最坏的情况下需要等待一个时钟中断（1/100秒）到来才能执行到，这对于网络开发者来说是不可以接受的。

内核线程优先级较低，因此用户进程就有机会运行，在机器空闲时，挂起的软中断就很快会被被执行。

四，内核线程

不多说，直接上图。下面这段话，说得很明白，感觉就是一个普通的进程，只不过它只运行在内核态罢了。

五，工作队列

在linux2.6中引入了工作队列，一句话，它其实就是用上面的内核线程来实现，只不过上面的内核线程只是在软中断处理不过来时的一种替代方案，而工作队则是完全由内核线程来实现。程序员只需要将执行任务放在工作队列中，然后就会有内核线程来执行它们。

为什么使用工作队列呢？因为有些可阻塞函数，例如访问磁盘，不能在软中断中执行。而工作队列执行在内核线程的上下文中，所以是可以执行这些阻塞函数的。

上面内容可以总结为一句话：内核提供了很多任务执行机制，程序员只需要选择一个合适的机制，将任务通过API放到里面，内核就会达到程序员的目的。