中断笔记

软中断

软中断的定义

中断实际分为两个部分，硬中断和软中断。由于处理器要及时的响应处理外设的中断请求，但是外设中断请求可能需要消耗一定的时间才能完成，所以不能处理器一直工作中断函数中，这时就可以以软件的方式模拟一个中断，继续处理未完成的工作，这就是软中断。软中断用于处理费时费力的任务。

软中断的触发

由于软中断本身就为异步执行设计的，所以可以在其他很多地方使用，不仅是只在硬中断后续处理外设中断任务中使用。以下的地方会触发软中断：

1. 在硬中断处理完中断注册服务后（irq_exit())检查并触发。
2. 在任务调度（schedule()）中触发。
3. 在系统调用（syscall()）时触发。

对于每个CPU，都有一个irq_cpustat_t的数据结构，里面有一个__softirq_pending（暂时叫软中断向量）变量，用于表示该CPU的哪个软中断处于挂起状态。软中断在触发后（设置__softirq_pending对应位的值）可以立马被执行，也可能会通过wakeup_softirqd()通知一个名为软中断服务deamon内核子线程中执行。

软中断的分类

与硬中断不同的是，软中断可以由内核代码自定义其数量，而硬中断数量与中断控制器硬件相关，是一种宝贵的硬件资源。因为是软件定义的，就可以有优先级之分，其类别差异就是优先级差异，软中断执行时，会优先执行高优先级的软中断服务，如果时间或次数运行，在执行较低优先级的软中断服务。重要的软中断有：

1. HI_SOFTIRQ，高优先级tasklet，优先级最高
2. TASKLET_SOFTIRQ， 常规tasklet

他们被用于tasklet服务，由于软中断数量在编译内核后是固定的，所以大多时候我们通过在tasklet中注册服务来实现软中断服务。

软中断描述符表

软中断描述符表是一个静态数组，保存着已注册软中断服务的函数地址和数据。当通过open_softirq()注册了一种软中断在软中断描述表相应的位置上保存注册的服务，与软中断向量形成映射，当软中断触发、执行时判断该调用那个软中断服务的函数。

软中断执行流程

在每个CPU上一次软中断处理的一个典型流程是：

1. （硬中断执行完毕，）开中断。
2. 检查该CPU是否处于嵌套中断的情况，如果处于嵌套中，则不执行软中断，也就是在最外层中断才执行软中断。
3. 执行软中断，设置一个软中断执行最多使用时间和循环次数。
4. 进入循环，获取CPU的__softirq_pending的副本。
5. 执行此__softirq_pending副本中所有需要执行的软中断。
6. 如果软中断执行完毕，退出中断上下文。
7. 如果还有软中断需要执行(在软中断期间又发发生了中断，产生了新的软中断，新的软中断记录在CPU的__softirq_pending上，而我们的__softirq_pending只是个副本)。
8. 检查此次软中断总共使用的时间和循环次数，条件允许继续执行软中断，循环次数减一，并跳转到第4步。

tasklet服务

该服务被用于需要软中断特性的服务的延迟执行， tasklet有两个优先级，分别依靠HI_SOFTIRQ（高优先级）和TASKLET_SOFTIRQ（低优先级）软中断实现。每一个注册的tasklet服务以链表的方式组织起来，在一定时间和次数内被一次调用执行。虽然软注册同一个tasklet任务的中断服务可能在不同的CPU上触发，单由于tasklet服务的状态控制和实现的关系，tasklet服务一定不会并发的在不同的CPU上执行，所以可以不必是可重入的。

软中断守护处理线程

由于一次软中断服务响应也有时间和调用次数限制，为了得到更好的响应，把剩下的需要响应的软中断服务交给一个内核子线程处理，该子线程就是软中断守护处理线程，它仅仅是无限的检查是否有需要执行的软中断服务，然后执行。