linux中断处理下文：软中断tasklet机制分析

参考：

《Linux内核设计与实现》

http://blog.csdn.net/fontlose/article/details/8279113

http://blog.chinaunix.net/uid-27212029-id-3386692.html

tasklet是中断处理下半部分最常用的一种方法，驱动程序一般先申请中断，在中断处理函数内完成中断上半部分的工作后调用tasklet。tasklet有如下特点：

1.tasklet只可以在一个CPU上同步地执行，不同的tasklet可以在不同地CPU上同步地执行。

2.tasklet的实现是建立在两个软件中断的基础之上的，即HI_SOFTIRQ和TASKLET_SOFTIRQ，本质上没有什么区别，只不过HI_SOFTIRQ的优先级更高一些

3.由于tasklet是在软中断上实现的，所以像软中断一样不能睡眠、不能阻塞，处理函数内不能含有导致睡眠的动作，如减少信号量、从用户空间拷贝数据或手工分配内存等。

4.一个 tasklet 能够被禁止并且之后被重新使能; 它不会执行直到它被使能的次数与被禁止的次数相同.

5.tasklet的串行化使tasklet函数不必是可重入的，因此简化了设备驱动程序开发者的工作。

6.每个cpu拥有一个tasklet_vec链表，具体是哪个cpu的tasklet_vec链表，是根据当前线程是运行在哪个cpu来决定的。

tasklet是驱动程序实现可延迟函数的首选方法，tasklet建立在HI_SOFTIRT和TASKLET_SOFTIRQ两个软中断上。

原理

tasklet和高优先级的tasklet分别存放在tasklet_vec和tasklet_hi_vec数组中，二者都包含类型为tasklet_head的

NR_CPUS个元素，每个元素都是指向tasklet描述符链表的指针。

执行过程

HI_SOFTIRQ软中断相关的软中断函数是tasklet_hi_action(),而与TASKLET_SOFTIRQ相关的函数是tasklet_action()

1.禁止本地中断

2.获得本地CPU的逻辑号n

3.把tasklet_vec[n]或tasklet_hi_vec[n]所指向的链表的地址存入局部变量list

4.把tasklet_vec[n]或tasklet_hi_vec[n]的值赋为NULL，因此已调度的tasklet描述符链表被清空

5.打开本地中断

6.对于list所指向的每个tasklet描述符

a.在多处理器系统上，检查tasklet的TASKLET_STATE_RUN标志。

if标志被设置，list重新插入结构数组，并激活TASKLET_SOFTIRQ或HI_SOFTIRQ软中断，这个tasklet

被延迟

else 设置TASKLET_STATE_RUN标志，以便tasklet不能在其他CPU上运行

b.通过查看tasklet描述符的count字段，看tasklet是否被禁止。如果是清TASKLET_STATE_RUN标志，把

list重新插入结构数组，并激活相应的软中断。

c.如果tasklet被激活，清TASKLET_STATE_SCHED标志，并执行tasklet函数

编写一个设备驱动程序的步骤

1.分配一个新的tasklet_struct数据结构，并用tasklet_init()初始化它；

2.实现tasklet函数

3.禁止或使能tasklet

tasklet结构体

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1. struct tasklet_struct
2. {
3. struct tasklet_struct *next;
4. unsigned long state;
5. atomic_t count;
6. void (*func)(unsigned long);
7. unsigned long data;
8. };
9. tasklet结构变量是tasklet_vec链表的一个节点，next是链表的下一节点，state使用了两个位如下
10. enum
11. {
12. TASKLET_STATE_SCHED,    /* 1已经被调度，0表示还没调度*/
13. TASKLET_STATE_RUN   /* 1tasklet正在执行，0表示尚未执行，只针对SMP有效,单处理器无意义 */
14. };
15. count用于禁止使能，每禁止一次计数加一，没使能一次计数减一，只有禁止次数和使能次数一样（count等于0）时tasklet才会执行调用函数。
16. func 执行函数不能有导致睡眠、不能阻塞的代码。
17. data 执行函数的参数

tasklet的定义

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1. 定义时初始化
2. 定义变量名为name的tasklets_struct变量，并初始化调用函数为func，参数为data，使能tasklet
3. DECLARE_TASKLET(name, func, data);     #define DECLARE_TASKLET(name, func, data) \
4. struct tasklet_struct name = { NULL, 0, ATOMIC_INIT(0), func, data }
5. 定义变量名为name的tasklets_struct变量，并初始化调用函数为func，参数为data，禁止tasklet
6. DECLARE_TASKLET_DISABLED(name, func, data)；
7. #define DECLARE_TASKLET_DISABLED(name, func, data) \
8. struct tasklet_struct name = { NULL, 0, ATOMIC_INIT(1), func, data }
9. 运行中初始化    先定义    struct tasklet_struct name ；
10. 后初始化
11. void tasklet_init(struct tasklet_struct *t,void (*func)(unsigned long), unsigned long data)
12. {
13. t->next = NULL;              //
14. t->state = 0;                //设置为未调度 未运行
15. atomic_set(&t->count, 0);    //默认使能
16. t->func = func;              //调用函数
17. t->data = data;              //调用函数参数
18. }

tasklet的调用过程

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1. static inline void tasklet_schedule(struct tasklet_struct *t)；使用此函数即可完成调用
2. static inline void tasklet_schedule(struct tasklet_struct *t)
3. {
4. /*test_and_set_bit设置调度位TASKLET_STATE_SCHED，test_and_set_bit返回t->state设置前状态，如果设置前状态为1（已被调用）那么直接退出否则进入__tasklet_schedule函数*/
5. if (!test_and_set_bit(TASKLET_STATE_SCHED, &t->state))
6. __tasklet_schedule(t);
7. }
8. void fastcall __tasklet_schedule(struct tasklet_struct *t)
9. {
10. unsigned long flags;
11. local_irq_save(flags);                      //关中断保存中断状态
12. t->next = __get_cpu_var(tasklet_vec).list;  //这两行用于将新插入的节点 放置在tasklet_vec链表的头部
13. __get_cpu_var(tasklet_vec).list = t;        //
14. raise_softirq_irqoff(TASKLET_SOFTIRQ);      //触发一个软终端
15. local_irq_restore(flags);                   //使能中断的同时还恢复了由 local_irq_save() 所保存的中断状态
16. }
17. 至此调度函数已经触发了一个软中断，具体中断函数看tasklet的初始化
18. void __init softirq_init(void)
19. {
20. open_softirq(TASKLET_SOFTIRQ, tasklet_action, NULL);//可以看到软中断触发后会执行tasklet_action这个函数
21. open_softirq(HI_SOFTIRQ, tasklet_hi_action, NULL);
22. }
23. static void tasklet_action(struct softirq_action *a)
24. {
25. struct tasklet_struct *list;
26. local_irq_disable();                       //这里先关中断 保证原子操作
27. list = __get_cpu_var(tasklet_vec).list;    //取出tasklet_vec链表表头
28. __get_cpu_var(tasklet_vec).list = NULL;    //因为下面将会一次处理完，这里可以预先清空tasklet_vec链表，对于为处理完的会重新加入链表
29. //也可以实现在tasklet的处理函数中重新加入自己。
30. local_irq_enable();
31. while (list) {
32. struct tasklet_struct *t = list;       //取一节点
33. list = list->next;                     //循环遍历全部节点
34. if (tasklet_trylock(t)) {              //这里只是测试TASKLET_STATE_RUN标记，防止tasklet重复调用
35. //疑问：这里如果判断tasklet已经在上运行了，trylock失败，那么为什么后面会被重新加入链表呢，那不是下次又执行了？
36. if (!atomic_read(&t->count)) {     //疑问: 如果tasklet被禁止了那么后面有把它加回链表中重新触发一次软中断，这样不是一直有软中断了吗？为什么不在禁止的时候移出链表，使能时候在加入呢？
37. if (!test_and_clear_bit(TASKLET_STATE_SCHED, &t->state)) //检查可调度位是否设置了，正常应该设置了的
38. BUG();
39. t->func(t->data);              //处理调用函数
40. tasklet_unlock(t);             //清TASKLET_STATE_RUN标记
41. continue;
42. }
43. tasklet_unlock(t);
44. }
45. local_irq_disable();
46. t->next = __get_cpu_var(tasklet_vec).list; //对于trylock失败和tasklet禁止的节点会被重新加入链表
47. __get_cpu_var(tasklet_vec).list = t;
48. __raise_softirq_irqoff(TASKLET_SOFTIRQ);   //发起新的软中断，这里有两条链表一条是处理中的链表list，一个是当前tasklet_vec中的链表，当出现不能处理的节点时将节点重新加入tasklet_vec中后发起新的软中断，那么未处理的节点也会在下次中断中处理。
49. local_irq_enable();
50. }
51. }

相关函数

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1. /*和tasklet_disable类似，但是tasklet可能仍然运行在另一个 CPU */
2. static inline void tasklet_disable_nosync(struct tasklet_struct *t)
3. {
4. atomic_inc(&t->count);      //减少计数后，t可能正在运行
5. smp_mb__after_atomic_inc(); //保证在多处理器时同步
6. }
7. /*函数暂时禁止给定的tasklet被tasklet_schedule调度，直到这个tasklet被再次被enable；若这个tasklet当前在运行, 这个函数忙等待直到这个tasklet退出*/
8. static inline void tasklet_disable(struct tasklet_struct *t){
9. tasklet_disable_nosync(t);
10. tasklet_unlock_wait(t);  //等待TASKLET——STATE_RUN标记清零
11. smp_mb();
12. }
13. static inline int tasklet_trylock(struct tasklet_struct *t){
14. return !test_and_set_bit(TASKLET_STATE_RUN, &(t)->state);
15. }
16. static inline void tasklet_unlock(struct tasklet_struct *t){
17. smp_mb__before_clear_bit();
18. clear_bit(TASKLET_STATE_RUN, &(t)->state);
19. }
20. static inline void tasklet_unlock_wait(struct tasklet_struct *t){
21. while (test_bit(TASKLET_STATE_RUN, &(t)->state)) {
22. barrier();
23. }
24. }
25. /*使能一个之前被disable的tasklet；若这个tasklet已经被调度, 它会很快运行。tasklet_enable和tasklet_disable必须匹配调用, 因为内核跟踪每个tasklet的"禁止次数"*/
26. static inline void tasklet_enable(struct tasklet_struct *t)
27. {
28. smp_mb__before_atomic_dec();
29. atomic_dec(&t->count);
30. }
31. /*和tasklet_schedule类似，只是在更高优先级执行。当软中断处理运行时, 它处理高优先级 tasklet 在其他软中断之前，只有具有低响应周期要求的驱动才应使用这个函数, 可避免其他软件中断处理引入的附加周期*/
32. void tasklet_hi_schedule(struct tasklet_struct *t);
33. /*确保了 tasklet 不会被再次调度来运行，通常当一个设备正被关闭或者模块卸载时被调用。如果 tasklet 正在运行, 这个函数等待直到它执行完毕。若 tasklet 重新调度它自己，则必须阻止在调用 tasklet_kill 前它重新调度它自己，如同使用 del_timer_sync*/
34. void tasklet_kill(struct tasklet_struct *t)
35. {
36. if (in_interrupt())
37. printk("Attempt to kill tasklet from interrupt\n");
38. while (test_and_set_bit(TASKLET_STATE_SCHED, &t->state)) { //检测t是否被调度
39. do
40. yield();
41. while (test_bit(TASKLET_STATE_SCHED, &t->state));          //等待t调度位清零，还未执行调用函数
42. }
43. tasklet_unlock_wait(t);                                        //等待t调用函数执行完
44. clear_bit(TASKLET_STATE_SCHED, &t->state);                     //函数调用完可能t被重新加入链表，所以再清一次保证不再调用
45. }
46. 这个函数不是真的去杀掉被调度的tasklet，而是保证tasklet不再调用