linux中斷處理原理分析

　　Tasklet作為一種新機制，顯然可以承擔更多的優點。正好這時候SMP越來越火了，因此又在tasklet中加入了SMP機制，保證同種中斷只能在一個cpu上執行。在軟中斷時代，顯然沒有這種考慮。因此同一種中斷可以在兩個cpu上同時執行，很可能造成沖突。

　　Linux中斷下半部處理有三種方式：軟中斷、tasklet、工作隊列。

　　曾經有人問我為什么要分這幾種，該怎么用。當時用書上的東西蒙混了過去，但是自己明白自己實際上是不懂的。最近有時間了，于是試著整理一下linux的中斷處理機制，目的是起碼從原理上能夠說得通。

　　一、最簡單的中斷機制

　　最簡單的中斷機制就是像芯片手冊上講的那樣，在中斷向量表中填入跳轉到對應處理函數的指令，然后在處理函數中實現需要的功能。類似下圖：  

　　這種方式在原來的單片機課程中常常用到，一些簡單的單片機系統也是這樣用。

　　它的好處很明顯，簡單，直接。

　　二、下半部

　　中斷處理函數所作的第一件事情是什么?答案是屏蔽中斷(或者是什么都不做，因為常常是如果不清除IF位，就等于屏蔽中斷了)，當然只屏蔽同一種中斷。之所以要屏蔽中斷，是因為新的中斷會再次調用中斷處理函數，導致原來中斷處理現場的破壞。即，破壞了 interrupt context。

　　隨著系統的不斷復雜，中斷處理函數要做的事情也越來越多，多到都來不及接收新的中斷了。于是發生了中斷丟失，這顯然不行，于是產生了新的機制：分離中斷接收與中斷處理過程。中斷接收在屏蔽中斷的情況下完成;中斷處理在時能中斷的情況下完成，這部分被稱為中斷下半部。

　　從上圖中看，只看int0的處理。Func0為中斷接收函數。中斷只能簡單的觸發func0，而func0則能做更多的事情，它與funcA之間可以使用隊列等緩存機制。當又有中斷發生時，func0被觸發，然后發送一個中斷請求到緩存隊列，然后讓funcA去處理。

　　由于func0做的事情是很簡單的，所以不會影響int0的再次接收。而且在func0返回時就會使能int0，因此funcA執行時間再長也不會影響int0的接收。

　　三、軟中斷

　　下面看看linux中斷處理。作為一個操作系統顯然不能任由每個中斷都各自為政，統一管理是必須的。

　　我們不可中斷部分的共同部分放在函數do_IRQ中，需要添加中斷處理函數時，通過request_irq實現。下半部放在do_softirq中，也就是軟中斷，通過open_softirq添加對應的處理函數。

　　四、tasklet

　　舊事物跟不上歷史的發展時，總會有新事物出現。

　　隨著中斷數的不停增加，軟中斷不夠用了，于是下半部又做了進化。

　　軟中斷用輪詢的方式處理。假如正好是最后一種中斷，則必須循環完所有的中斷類型，才能最終執行對應的處理函數。顯然當年開發人員為了保證輪詢的效率，于是限制中斷個數為32個。

　　為了提高中斷處理數量，順道改進處理效率，于是產生了tasklet機制。

　　Tasklet采用無差別的隊列機制，有中斷時才執行，免去了循環查表之苦。

　　總結下tasklet的優點：

　　(1)無類型數量限制;

　　(2)效率高，無需循環查表;

　　(3)支持SMP機制;

　　五、工作隊列

　　前面的機制不論如何折騰，有一點是不會變的。它們都在中斷上下文中。什么意思?說明它們不可掛起。而且由于是串行執行，因此只要有一個處理時間較長，則會導致其他中斷響應的延遲。為了完成這些不可能完成的任務，于是出現了工作隊列。工作隊列說白了就是一組內核線程，作為中斷守護線程來使用。多個中斷可以放在一個線程中，也可以每個中斷分配一個線程。

　　工作隊列對線程作了封裝，使用起來更方便。

　　因為工作隊列是線程，所以我們可以使用所有可以在線程中使用的方法。

　　Tasklet其實也不一定是在中斷上下文中執行，它也有可能在線程中執行。

　　假如中斷數量很多，而且這些中斷都是自啟動型的(中斷處理函數會導致新的中斷產生)，則有可能cpu一直在這里執行中斷處理函數，會導致用戶進程永遠得不到調度時間。

　　為了避免這種情況，linux發現中斷數量過多時，會把多余的中斷處理放到一個單獨的線程中去做，就是ksoftirqd線程。這樣又保證了中斷不多時的響應速度，又保證了中斷過多時不會把用戶進程餓死。

　　問題是我們不能保證我們的tasklet或軟中斷處理函數一定會在線程中執行，所以還是不能使用進程才能用的一些方法，如放棄調度、長延時等。

　　六、使用方式總結

　　Request_irq掛的中斷函數要盡量簡單，只做必須在屏蔽中斷情況下要做的事情。

　　中斷的其他部分都在下半部中完成。

　　軟中斷的使用原則很簡單，永遠不用。它甚至都不算是一種正是的中斷處理機制，而只是tasklet的實現基礎。

　　工作隊列也要少用，如果不是必須要用到線程才能用的某些機制，就不要使用工作隊列。其實對于中斷來說，只是對中斷進行簡單的處理，大部分工作是在驅動程序中完成的。所以有什么必要非使用工作隊列呢?

　　除了上述情況，就要使用tasklet。

　　即使是下半部，也只是作必須在中斷中要做的事情，如保存數據等，其他都交給驅動程序去做。