linux 2.6中断下半部机制分析

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1、摘要本文主要从使用者的角度对Linux2.6内核的下半部机制softirq、tasklet和workqueue进行分析，对于这三种机制在内核中的具体实现并未进行深入分析，倘若读者有兴趣了解，可以直接阅读Linux内核源代码的相关部分。1概述中断服务程序往往都需要在CPU关中断的情况下运行，以避免中断嵌套而使控制复杂化，但是关中断的时间又不能太长，否则会造成中断信号的丢失。为此，在Linux中，将中断处理程序分为两部分，即上半部和下半部。上半部通常用于执行跟硬件关系密切的关键程序，这部分执行时间非常

2、短，而且是在关中断的环境下运行的。对时间要求不是很严格，而且通常比较耗时的一些操作，则交给下半部来执行，这部分代码是在开中断中执行的。上半部处理硬件相关，称为硬件中断，这通常需要立即执行。下半部则可以延迟一定时间，在内核合适的时间段来执行程序，这就是我们这里要讨论的软中断。本文以目前最新版本的Linux内核2.6.22为例，来讨论Linux的中断下半部机制。在2.6版本的内核中，下半部机制主要由softirq、tasklet和workqueue来实现，下面着重对这3种机制进行分析。2Linux2.

3、6内核中断下半部机制老版本的Linux内核中，下半部是以一种叫做BottomHalf（简称为BH）的机制来实现的，最初它是借助中断向量来实现的，在系统中用一组（共32个）函数指针，分别表示32个中断向量，这种实现方式目前在2.4版本的内核中还可以看到它的身影。但是目前在2.6版本的内核中已经看不到它了。现在的Linux内核，一般以一种称为softirq的软中断机制来实现下半部。2.1softirq机制原来的BH机制有两个明显的缺陷：一是系统中一次只能有一个CPU可以执行BH代码，二是BH函数不允许

4、嵌套。这在单处理器系统中或许没关系，但在SMP系统中却是致命的缺陷。但是软中断机制就不一样了。Linux的softirq机制与SMP是紧密相连的，整个softirq机制的设计与实现始终贯穿着一个思想：“谁触发，谁执行”（Whomarks,whoruns），也就是说，每个CPU都单独负责它所触发的软中断，互不干扰。这就有效地利用了SMP系统的性能和特点，极大地提高了处理效率。Linux在include/linux/interrupt.h中定义了一个softirq_action结构来描述一个softi

5、rq请求，如下所示：structsoftirq_action{void(*action)(structsoftirq_action*);void*data;};其中，函数指针action指向软中断请求的服务函数，而data则指向由服务函数自行解释的参数数据。基于上述结构，系统在kernel/softirq.c中定义了一个全局的softirq软中断向量表softirq_vec[32]，对应32个softirq_action结构表示的软中断描述符。但实际上，Linux并没有使用到32个软中断向量，内核

6、预定义了一些软中断向量的含义供我们使用：enum{HI_SOFTIRQ=0,TIMER_SOFTIRQ,NET_TX_SOFTIRQ,NET_RX_SOFTIRQ,BLOCK_SOFTIRQ,TASKLET_SOFTIRQ,SCHED_SOFTIRQ,#ifdefCONFIG_HIGH_RES_TIMERSHRTIMER_SOFTIRQ,#endif};其中HI_SOFTIRQ用于实现高优先级的软中断，比如高优先级的hi_tasklet，而TASKLET_SOFTIRQ则用于实现诸如tasklet

7、这样的一般性软中断。关于tasklet，我们在后面会进行介绍。我们不需要使用到32个软中断向量，事实上，内核预定义的软中断向量已经可以满足我们绝大多数应用的需求。其他向量保留给今后内核扩展使用，我们不应去使用它们。要使用softirq，我们必须先初始化它。我们使用open_softirq()函数来开启一个指定的软中断向量nr，初始化nr对应的描述符softirq_vec[nr]，设置所有CPU的软中断掩码的相应位为1。函数do_softirq()负责执行数组softirq_vec［32］中设置的软

8、中断服务函数。每个CPU都是通过执行这个函数来执行软中断服务的。由于同一个CPU上的软中断服务例程不允许嵌套，因此，do_softirq()函数一开始就检查当前CPU是否已经正处在中断服务中，如果是则立即返回。在同一个CPU上，do_softirq()是串行执行的。使用open_softirq()注册完一个软中断之后，我们需要触发它。内核使用函数raise_softirq()来触发一个软中断。对于一个指定的softirq来说，只会有一个处理函数，这个处理函数是所有CPU共享的。由于