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https://blog.csdn.net/huangweiqing80/article/details/83274095
softirq驱动开发人员一般都不会用到，到内核代码中会用到softirq机制，如在timer定时器中有用到softirq机制。。。
下面我们来简单了解一下Linux中的软中断的使用。
- 注册软中断处理函数open_softirq
void open_softirq(int nr, void (*action) (struct softirq_action *));
/**
* @nr: 软中断的索引号
* @action: 软中断的处理函数
*/
void open_softirq(int nr, void (*action) (struct softirq_action *))
{
softirq_vec[nr].action = action;
}
- 触发软中断
调用raise_softirq()来触发软中断。
void raise_softirq(unsigned int nr);
void raise_softirq(unsigned int nr)
{
unsigned long flags;
local_irq_save(flags);
raise_softirq_irqoff(nr);
local_irq_restore(flags);
}
在软中断示例中只需要使用上面的两个API就可以了。
kernel/kernel/timer.c
/*
* This function runs timers and the timer-tq in bottom half context.
*/
static void run_timer_softirq(struct softirq_action *h)
{
struct tvec_base *base = __this_cpu_read(tvec_bases);
hrtimer_run_pending();
if (time_after_eq(jiffies, base->timer_jiffies))
__run_timers(base);
printk_tick();
mt_printk_tick();
}
void __init init_timers(void)
{
int err = timer_cpu_notify(&timers_nb, (unsigned long)CPU_UP_PREPARE,
(void *)(long)smp_processor_id());
init_timer_stats();
BUG_ON(err != NOTIFY_OK);
register_cpu_notifier(&timers_nb);
open_softirq(TIMER_SOFTIRQ, run_timer_softirq); //注册软中断，处理函数为run_timer_softirq,中断号为TIMER_SOFTIRQ
}
void run_local_timers(void)
{
hrtimer_run_queues();
raise_softirq(TIMER_SOFTIRQ); //触发软中断
}
下面我们来分析为什么我们在软中断的应用中，使用这两个API就可以使用一个软中断了。
(1) 定义
Linux内核软中断是内核已经定义好的了，内核定义了10种软中断。也就是说，软中断是一组静态定义的下半部接口，可以在所有处理器上同时执行，即使两个类型相同也可以。
但一个软中断不会抢占另一个软中断，唯一可以抢占软中断的是硬中断。
软中断由softirq_action结构体表示：
struct softirq_action {
void (*action) (struct softirq_action *); /* 软中断的处理函数 */
};
目前已注册的软中断有10种，定义为一个全局数组：
static struct softirq_action softirq_vec[NR_SOFTIRQS];
enum {
HI_SOFTIRQ = 0, /* 优先级高的tasklets */
TIMER_SOFTIRQ, /* 定时器的下半部 */
NET_TX_SOFTIRQ, /* 发送网络数据包 */
NET_RX_SOFTIRQ, /* 接收网络数据包 */
BLOCK_SOFTIRQ, /* BLOCK装置 */
BLOCK_IOPOLL_SOFTIRQ,
TASKLET_SOFTIRQ, /* 正常优先级的tasklets */
SCHED_SOFTIRQ, /* 调度程序 */
HRTIMER_SOFTIRQ, /* 高分辨率定时器 */
RCU_SOFTIRQ, /* RCU锁定 */
NR_SOFTIRQS /* 10 */
};
(2) 注册软中断处理函数
/**
* @nr: 软中断的索引号
* @action: 软中断的处理函数
*/
void open_softirq(int nr, void (*action) (struct softirq_action *))
{
softirq_vec[nr].action = action;
}
可以看出注册软中断其实就是给软中断的处理函数赋值
(3) 触发软中断
void raise_softirq(unsigned int nr)
{
unsigned long flags;
local_irq_save(flags); //保存中断状态，禁止中断
raise_softirq_irqoff(nr); //挂起相应的中断类型
local_irq_restore(flags); //恢复中断。
}
/* This function must run with irqs disabled */
inline void rasie_softirq_irqsoff(unsigned int nr)
{
__raise_softirq_irqoff(nr);
/* If we're in an interrupt or softirq, we're done
* (this also catches softirq-disabled code). We will
* actually run the softirq once we return from the irq
* or softirq.
* Otherwise we wake up ksoftirqd to make sure we
* schedule the softirq soon.
*/
if (! in_interrupt()) /* 如果不处于硬中断或软中断 */
wakeup_softirqd(void); /* 唤醒ksoftirqd/n进程 */
}
先是通过__raise_softirq_irqoff设置cpu的软中断pending标志位（irq_stat[NR_CPUS] ），然后通过in_interrupt判断现在是否在中断上下文中，或者软中断是否被禁止，如果都不成立，则唤醒软中断的守护进程，在守护进程中执行软中断的回调函数。否则什么也不做，软中断将会在中断的退出阶段被执行。
（4）软中断的执行
基于上面所说，软中断的执行既可以守护进程中执行，也可以在硬中断的退出阶段执行。实际上，软中断更多的是在硬中断的退出阶段执行（do_irq --> irq_exit），以便达到更快的响应，加入守护进程机制，只是担心一旦有大量的软中断等待执行，会使得内核过长地留在中断上下文中。
而不管是用什么方法唤起执行，软中断都要在do_softirq()中执行。如果有待处理的软中断，do_softirq()会循环遍历每一个，调用它们的相应的处理程序。在中断处理程序中触发软中断是最常见的形式。中断处理程序执行硬件设备的相关操作，然后触发相应的软中断，最后退出。内核在执行完中断处理程序以后，马上就会调用do_softirq()，于是软中断开始执行中断处理程序完成剩余的任务。
下面来看下do_softirq()的具体实现。
asmlinkage void do_softirq(void)
{
__u32 pending;
unsigned long flags;
/* 如果当前已处于硬中断或软中断中，直接返回 */
if (in_interrupt())
return;
local_irq_save(flags);
pending = local_softirq_pending();
if (pending) /* 如果有激活的软中断 */
__do_softirq(); /* 处理函数 */
local_irq_restore(flags);
}
/* We restart softirq processing MAX_SOFTIRQ_RESTART times,
* and we fall back to softirqd after that.
* This number has been established via experimentation.
* The two things to balance is latency against fairness - we want
* to handle softirqs as soon as possible, but they should not be
* able to lock up the box.
*/
asmlinkage void __do_softirq(void)
{
struct softirq_action *h;
__u32 pending;
/* 本函数能重复触发执行的次数，防止占用过多的cpu时间 */
int max_restart = MAX_SOFTIRQ_RESTART;
int cpu;
pending = local_softirq_pending(); /* 激活的软中断位图 */
account_system_vtime(current);
/* 本地禁止当前的软中断 */
__local_bh_disable((unsigned long)__builtin_return_address(0), SOFTIRQ_OFFSET);
lockdep_softirq_enter(); /* current->softirq_context++ */
cpu = smp_processor_id(); /* 当前cpu编号 */
restart:
/* Reset the pending bitmask before enabling irqs */
set_softirq_pending(0); /* 重置位图 */
local_irq_enable();
h = softirq_vec;
do {
if (pending & 1) {
unsigned int vec_nr = h - softirq_vec; /* 软中断索引 */
int prev_count = preempt_count();
kstat_incr_softirqs_this_cpu(vec_nr);
trace_softirq_entry(vec_nr);
h->action(h); /* 调用软中断的处理函数 */
trace_softirq_exit(vec_nr);
if (unlikely(prev_count != preempt_count())) {
printk(KERN_ERR "huh, entered softirq %u %s %p" "with preempt_count %08x,"
"exited with %08x?\n", vec_nr, softirq_to_name[vec_nr], h->action, prev_count,
preempt_count());
}
rcu_bh_qs(cpu);
}
h++;
pending >>= 1;
} while(pending);
local_irq_disable();
pending = local_softirq_pending();
if (pending & --max_restart) /* 重复触发 */
goto restart;
/* 如果重复触发了10次了，接下来唤醒ksoftirqd/n内核线程来处理 */
if (pending)
wakeup_softirqd();
lockdep_softirq_exit();
account_system_vtime(current);
__local_bh_enable(SOFTIRQ_OFFSET);
}
- 首先调用local_softirq_pending函数取得目前有哪些位存在软件中断。
- 调用__local_bh_disable关闭软中断，其实就是设置正在处理软件中断标记，在同一个CPU上使得不能重入__do_softirq函数。
- 重新设置软中断标记为0，set_softirq_pending重新设置软中断标记为0，这样在之后重新开启中断之后硬件中断中又可以设置软件中断位。
- 调用local_irq_enable，开启硬件中断。
- 之后在一个循环中，遍历pending标志的每一位，如果这一位设置就会调用软件中断的处理函数。在这个过程中硬件中断是开启的，随时可以打断软件中断。这样保证硬件中断不会丢失。
- 之后关闭硬件中断(local_irq_disable)，查看是否又有软件中断处于pending状态，如果是，并且在本次调用__do_softirq函数过程中没有累计重复进入软件中断处理的次数超过max_restart=10次，就可以重新调用软件中断处理。如果超过了10次，就调用wakeup_softirqd()唤醒内核的一个进程来处理软件中断。设立10次的限制，也是为了避免影响系统响应时间。
- 调用_local_bh_enable开启软中断。
(5) ksoftirqd内核线程调用do_softirq
内核不会立即处理重新触发的软中断。当大量软中断出现的时候，内核会唤醒一组内核线程来处理。这些线程的优先级最低(nice值为19)，这能避免它们跟其它重要的任务抢夺资源。但它们最终肯定会被执行，所以这个折中的方案能够保证在软中断很多时用户程序不会因为得不到处理时间而处于饥饿状态，同时也保证过量的软中断最终会得到处理。每个处理器都有一个这样的线程，名字为ksoftirqd/n，n为处理器的编号。
static int run_ksoftirqd(void *__bind_cpu)
{
set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
current->flags |= PF_KSOFTIRQD; /* I am ksoftirqd */
while(! kthread_should_stop()) {
preempt_disable();
if (! local_softirq_pending()) { /* 如果没有要处理的软中断 */
preempt_enable_no_resched();
schedule();
preempt_disable():
}
__set_current_state(TASK_RUNNING);
while(local_softirq_pending()) {
/* Preempt disable stops cpu going offline.
* If already offline, we'll be on wrong CPU: don't process.
*/
if (cpu_is_offline(long)__bind_cpu))/* 被要求释放cpu */
goto wait_to_die;
do_softirq(); /* 软中断的统一处理函数 */
preempt_enable_no_resched();
cond_resched();
preempt_disable();
rcu_note_context_switch((long)__bind_cpu);
}
preempt_enable();
set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
}
__set_current_state(TASK_RUNNING);
return 0;
wait_to_die:
preempt_enable();
/* Wait for kthread_stop */
set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
while(! kthread_should_stop()) {
schedule();
set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
}
__set_current_state(TASK_RUNNING);
return 0;
}
三 . 总结
如果我们需要在中断下半部使用软中断，那么流程是
中断处理程序----》raise_softirq（）触发软中断----》ksoftirqd线程调用softirq_pending（），发现有待处理的软中断时（返回1）----》ksoftirqd线程调用do_softirq()----》local_softirq_pending()返回软中断的32位位图-----》依次访问等待处理的软中断（位图中相应位值为1）的软中断处理函数
