第八章 下半部和推后执行的工作

上半部的局限性：

• 中断处理程序以异步方式执行，并且它有可能打断其他重要代码（甚至包括其他中断处理程序）的执行，因此中断处理程序应该越快越好。
• 如果当前有一个中断处理程序正在执行，在最好的情况下（如果IRQF_DISABLED没有被设置），与该中断同级的其他中断被屏蔽，在最坏的情况下（设置了IRQF_DISABLED）,当前处理器上所有其他中断都会被屏蔽。因为禁止中断后硬件与操作系统无法通信，因此，中断处理程序执行的越快越好。
• 由于中断处理程序往往需要对硬件操作，它们通常有很高的时限要求。
• 中断处理程序不能在进程上下文中进行，所以它们不能阻塞，这限制了它所做的事情。

上半部和下半部的工作划分

• 如果一个任务对时间非常敏感，将其放在中断处理程序中执行。
• 如果一个任务和硬件相关，将其放在中断处理程序执行。
• 如果一个任务要保证不被其它中断打断（特别是相同的中断），将其放在中断处理程序执行。
• 其它所有任务，考虑放置在下半部执行。

软中断：

软中断是在编译器期间静态分配的，它不像 tasklet 那样能被动态地注册或注销。软中断由 softirq_action 结构表示，它定义在 linux/interrupt.h>中

struct softirq_action{
    void (*action)(struct softirq_action *);
}

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kernel/softirq.c 中定义了一个包含32个该结构体的数组

static struct softirq_action softirq_vec[NR_SOFTIRQS]

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每个被注册的软中断都占据该数组的一项，因此最多可能有32个软中断。在2.6版本的内核中，32项中只用到了9个。

使用软中断

1、分配索引

建立一个软中断必须在此枚举类型中加入新项，并注意优先级。

2、注册处理程序

在运行时通过 open_softirq() 注册软中断处理程序，该函数有两个参数：中断索引号和处理函数，如网络子系统，通过以下方式注册自己的软中断。

open_softirq(NET_TX_SOFTIRQ, net_tx_action);
open_softirq(NET_RX_SOFTIRQ, net_rx_action);

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注意： 
软中断处理程序运行在中断上下文，允许中断相应，但它不能休眠。当一个处理程序运行的时候，当前处理器的软中断被禁止。但其它处理器仍可以执行别的软中断。实际上，如果同一个软中断在它被执行的同时再次触发了，那么另一个处理器可以同时运行其处理程序，这意味着任何的数据共享，都需要严格的锁保护。（tasklet更受青睐正是因此，tasklet处理程序正在执行时，在任何处理器都不会再执行） 
一个软中断不会抢占另一个软中断。实际上，唯一可以抢占软中断的是中断处理程序。

3、触发软中断

raise_softirq()函数可以将一个软中断设置为挂起状态，让它在下次调用 do_softirq()函数时投入运行。例如：

raise_softirq[NET_TX_SOFTIRQ]
void raise_softirq(unsigned int nr)
{
    unsigned long flags;

    local_irq_save(flags);
    raise_softirq_irqoff(nr);
    local_irq_restore(flags);
}

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该函数在触发软中断之前会禁用中断，触发后，再回复原来的状态，如果中断本身已经被禁止了，可以直接调用

raise_softirq_irqoff(NET_TX_SOFTIRQ);

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在中断处理程序中触发软中断是最常见的形式，内核在执行完中断处理程序后，马上就会调用 do_softirq() 函数。

tasklet

因为 tasklet 是通过软中断实现的，因此它本质也是软中断。与软中断最大的区别是，如果是多处理器系统，tasklet在运行前会检查这个tasklet是否正在其它处理器上运行，如果是则不运行。

静态创建tasklet

DECLARE_TASKLET(name, func, data);
DECLARE_TASKLET_DISABLED(name, func, data);

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动态创建tasklet

tasklet_init(t, tasklet_handler, dev);

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调度tasklet

tasklet_schedule(&my_tasklet);

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在 tasklet 被调度后，只要有机会它就会尽早的执行，如果它还没运行，又被调度了一次，那么它仍然只会运行一次。如果它正在执行，在另一个处理器上 tasklet 又被调度了一次，那么新的 tasklet 会被重新调度再运行一次（不是同时运行，再次调度，下次有机会运行时才运行）。

禁止指定的 tasklet

tasklet_disable(&my_tasklet);       //禁止tasklet等待处理程序执行完毕再返回
tasklet_disable_nosync(&my_tasklet);//禁止tasklet立即返回
tasklet_enable(&my_tasklet);        //使能该tasklet
tasklet_kill(&my_tasklet);          //从挂起的队列中去掉该tasklet,同样会等待执行完毕再返回。在处理经常重新调度它自身的tasklet的时候，该函数很有用

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工作队列

工作队列会把工作推后，交由一个内核线程去执行——这个下半部总是在进程上下文中执行。

1、创建工作队列

静态创建

DECLARE_WORK(name, void (*func)(void *), void *data);

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这样就会静态的创建一个名为name, 处理函数为func，参数为data 的 work_struct

动态创建

INIT_WORK(struct work_struct *work, void (*func)(void *), void *data);

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2、工作队列处理函数

void work_handler(void *data);

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这个函数会有一个工作者线程执行，因此，函数会运行在进程上下文中。正常情况下相应中断，并且不持有任何锁。

3、调度工作队列

schedule_work(&work);    //立刻调度，等待执行
schedule_delay_work(&work, delay);    //delay 个 tick 之后，再调度

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4、刷新操作

void flush_scheduled_work(void);

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等待系统默认工作者线程中所有对象都执行完毕才返回，该函数会休眠。

5、创建新的工作队列

创建一个新的工作者线程

struct workqueue_struct *create_workqueue(const char *name);

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比如缺省的工作者线程调用的是：

struct workqueue_struct *keventd_wq;
kevent_wq = create_workqueue("events");

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这样就会创建所有的工作者线程，每个处理器一个。 
创建工作时，无需考虑工作队列的类型，在调度时使用下列的函数，指定特定的工作队列。

ini queue_work(struct workqueue_struct *wq, struct work_struct * work);
int queue_delay_work(struct workqueue_struct *wq, struct work_struct * work, unsigned long delay);

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刷新

flush_workqueue(struct workqueue_struct *wq);

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禁止下半部

void local_bh_disable();//禁止本处理器的软中断和tasklet
void local_bh_enable(); //使能本处理器的软中断和tasklet