Linux内核中的softirq机制解析-优快云博客

本文详细分析了Linux内核中的softirq机制，包括判断当前上下文类型、中断Bottom Half的推迟策略、softirq与tasklet的执行时机以及softirq的注册、触发和处理过程。软中断在中断返回用户空间、中断返回内核态和系统繁忙时可能被处理，其处理时间受到限制以确保系统的实时性。softirq的注册通过`register_SOFTIRQ.Handler`完成，触发通过`raise_softirq`或`do_IRQ`，处理则在满足特定条件时由内核自动进行。

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判断当前上下文类型

每个cpu有一个per-cpu类型的int变量__preempt_count，它描述了当前抢占信息。
该变量作用划分如下:

 *         PREEMPT_MASK:    0x000000ff
 *         SOFTIRQ_MASK:    0x0000ff00
 *         HARDIRQ_MASK:    0x000f0000
 *             NMI_MASK:    0x00100000
 * PREEMPT_NEED_RESCHED:    0x80000000

相应字段的值用来表示当前的嵌套次数。
在函数中可以通过下面的宏来判断当时与中断、抢占相关的状态：

/*
 * Are we doing bottom half or hardware interrupt processing?
 * Are we in a softirq context? Interrupt context?
 * in_softirq - Are we currently processing softirq or have bh disabled?
 * in_serving_softirq - Are we currently processing softirq?
 */
#define in_irq()        (hardirq_count())
#define in_softirq()        (softirq_count())
#define in_interrupt()      (irq_count())
#define in_serving_softirq()    (softirq_count() & SOFTIRQ_OFFSET)

它们的判断是通过读取__preempt_count的值，然后通过掩码方式取出相应部分的值。这些宏如果为0，表示不处在相应状态；如果不为0则表示位于相应状态，并且其值代表了嵌套次数。

中断Bottom Half推迟

bottom half推迟到下列几种情况：

推迟到 top half 执行完毕：softirq机制、tasklet机制
推迟到某个指定时间片之后执行：timer类型的softirq
推迟到某个内核线程被调度的时候执行：中断线程化处理（threaded irq handler）、workqueue机制

softirq/tasklet执行时机

中断处理将不那么紧急的事情推迟到 bottom half 中执行，具体如何推迟执行又分成两种：

有具体时间要求的
没有具体时间要求的

没有具体时间要求的又可以分成两种：

越快越好型：除了中断 top half 可以抢占其执行外，其他的进程上下文（无论该进程优先级有多高）是无法影响其执行的。softirq、tasklet属于这类。
随遇而安型：其执行依赖于系统的调度器。threaded irq handler、workqueue机制属于这类。

softirq在下述情况下可能被得到处理：

中断返回用户空间时
中断返回内核态的进程上下文时。这种情况发生在当进程调用local_bh_disable/local_bh_enable进入临界区时发生了硬件中断并pending了softirq，但是此硬件中断返回时候不会处理softirq，因为此时依旧是bh disable的，当它返回到临界区中并调用了local_bh_enable时，在local_bh_enable中可能会处理。
系统非常繁忙，不断地产生中断、raise softirq，因为 Bottom Half 优先级特别高，导致进程无法调度。这种情况下，softirq会推迟到ksoftirqd线程中执行。