中断处理--上下半部机制

      首先需要了解一下中断的概念:一个“中断”仅仅是一个信号,当硬件需要获得处理器对它的关注时,就可以发送这个信号。内核维护了一个中断信号线的注册表,该注册表类似于I/O端口的注册表。

      模块在使用中断前要先请求一个中断通道(或中断请求IRQ),然后在使用后释放该通道。用到的API就是request_irq()以及free_irq()。注意在调用request_irq()和free_irq()的时机最好是在设备第一次打开和最后一次关闭之后。

    对于中断处理例程来讲,它的一个典型的任务就是:如果中断通知进程所等待的事件已经发生,比如新的数据到达就会唤醒在该设备上休眠的进程。无论是快速还是慢速处理例程,程序员都应该编写执行事件尽可能短的处理例程。如果需要执行一个长时间的计算任务,做好的办法就是使用上下半部处理机制,以便让工作在更安全的时间里调度计算任务。

     上半部的功能是响应中断。当中断发生时,它就把设备驱动程序中中断处理例程的下半部挂到设备的下半部执行队列中去,然后继续等待新的中断到来。这样一来,上半部的执行速度就会很快,它就可以接受更多它负责的设备所产生的中断了。上半部之所以快,是因为它是完全屏蔽中断的,如果它没有执行完,其他中断就不能及时地处理,只能等到这个中断处理程序执行完毕以后。所以要尽可能多的对设备产生的中断进行服务和处理,中断处理程序就一定要快。

    下半部的功能是处理比较复杂的过程。下半部和上半部最大的区别是可中断,而上半部却不可中断。下半部几乎完成了中断处理程序所有的事情,因为上半部只是将下半部排到了它们所负责的设备中断的处理队列中去,然后就不做其它的处理了。下半部所负责的工作一般是查看设备以获得产生中断的事件信息,并根据这些信息(一般通过读设备上的寄存器得来)进行相应的处理。下半部是可中断的,所以在运行期间,如果其它设备产生了中断,这个下半部可以暂时的中断掉,等到那个设备的上半部运行完了,再回头运行这个下半部。

         这上面大多数都是我们在查阅资料和听老师讲课获取的知识内容但是具体是如何实现的呢?

         也许我们也知道tasklet和work_queue。知道这两个是完成下半部的。在具体的过程中我们将如何实现呢?

        此处就是通过创建工作队列的方式我们把初始化的操作都放在irq之前完成,在irq_handler()中将具体的工作提交到工作队列中。使用的API为queue_work()。具体的细节问题希望读者能够查阅资料自行完成。

操作系统中断下半部处理机制是一种为了提升系统响应能力和中断处理效率的设计。中断下半部主要负责处理那些耗时较长或非紧急的任务,从而避免中断上半部因处理时间过长而影响系统性能。以下是中断下半部的几种主要实现机制: ### 软中断 软中断(Softirq)是一种在内核中实现的下半部处理机制,它可以在中断上半部完成后被触发执行。软中断的特点是可以在不同的CPU上并发执行,因此非常适合用于处理高性能场景下的任务,例如网络数据包的处理和定时器操作。软中断的执行优先级高于进程调度,但低于硬件中断处理[^1]。 ### Tasklet Tasklet 是基于软中断实现的一种更灵活的下半部机制。它允许动态注册和注销处理函数,并且保证了在同一个CPU上不会被同时执行,从而避免了多线程环境下的同步问题。Tasklet 通常用于处理那些需要延迟执行但不需要严格实时性的任务。例如,某些设备驱动程序可能会使用 Tasklet 来完成数据传输后的处理工作。 ### 定时器 定时器(Timer)是一种特殊的下半部机制,它允许在指定的时间间隔后执行特定的任务。定时器适用于那些需要在将来某个时刻执行一次或周期性执行的操作。例如,定时器可以用于实现超时检测、周期性数据采集等功能。定时器的处理函数在软中断上下文中执行,因此应避免在定时器处理函数中执行耗时操作。 ### 线程化中断 线程化中断(Threaded Interrupt)是一种将中断下半部作为内核线程执行的机制。这种机制允许中断处理的下半部在进程上下文中运行,从而可以安全地调用可能引起阻塞的函数。线程化中断特别适合那些需要长时间运行或可能需要等待资源的操作,例如复杂的设备初始化或数据处理任务。通过这种方式,中断处理可以更好地与其他系统任务协调,提高系统的整体稳定性。 ### 工作队列 工作队列(Workqueue)是一种将任务推迟到内核线程中执行的机制。与线程化中断类似,工作队列允许任务在进程上下文中运行,因此可以执行可能引起阻塞的操作。工作队列通常用于处理那些不适合在中断上下文中执行的任务,例如文件系统操作、用户空间通信等。工作队列的一个显著特点是它可以将任务排队,并由专门的内核线程按顺序执行。 ### 示例代码 以下是一个使用工作队列的简单示例: ```c #include <linux/workqueue.h> #include <linux/slab.h> struct my_work { struct work_struct work; int data; }; void my_work_handler(struct work_struct *work) { struct my_work *my_work = container_of(work, struct my_work, work); printk(KERN_INFO "Processing data: %d\n", my_work->data); kfree(my_work); } DECLARE_WORK(my_work_instance, my_work_handler); // 在某个中断处理函数中或需要触发工作队列的地方 struct my_work *my_work = kmalloc(sizeof(struct my_work), GFP_ATOMIC); my_work->data = 42; INIT_WORK(&my_work->work, my_work_handler); schedule_work(&my_work->work); ``` ### 相关问题 1. 如何选择合适的中断下半部机制? 2. 软中断和 Tasklet 之间有什么区别? 3. 工作队列和线程化中断的应用场景有何不同? 4. 定时器机制中断处理中有何特殊作用? 5. 为什么中断上半部要快进快出?
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