底半部机制：tasklet、工作队列、软中断

Question

谁能形象通俗地、详细地讲解一下三种底半部机制：tasklet、工作队列、软中断？
以及“软中断和tasklet运行于中断上下文，而工作队列则运行于进程上下文。因此，软中断和tasklet处理函数中不能睡眠，而工作队列处理函数中允许睡眠”。

Answer 1

原帖由 todayrw 于 2009-4-30 10:31 发表
有关工作队列还能够理解。
但关于软中断和tasklet之间的区别和联系还很模糊。
你说“能用tasklet的最好不要用软中断”，而书上又说“tasklet是基于软中断实现的”，但书上对软中断本身是怎么实现的也没有描述清楚。
可否对软中断和tasklet之间的区别和联系做一些答复，谢谢！

2.6 的linux kernel最多可以使用32中softirq，见代码：

2. softirq.c
4. /*表示softirq最多可以有32种类型，实际上linux只使用了六种，见文件interrupt.h*/
5. static struct softirq_action softirq_vec[32] __cacheline_aligned_in_smp;

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linux中实际使用的六种：

2. interrupt.h
4. enum
5. {
6.         HI_SOFTIRQ=0,   /*用于高优先级的tasklet*/
7.         TIMER_SOFTIRQ, /*用于定时器的下半部*/
8.         NET_TX_SOFTIRQ,/*用于网络层发包*/
9.         NET_RX_SOFTIRQ, /*用于网络层收报*/
10.         SCSI_SOFTIRQ,   /*用于scsi设备*/
11.         TASKLET_SOFTIRQ /*用于低优先级的tasklet*/
12. };

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对于softirq，linux kernel中是在中断处理程序执行的，具体的路径为：

2. do_IRQ() --> irq_exit() --> invoke_softirq() --> do_softirq() --> __do_softirq()

复制代码

在__do_softirq()中有这么一段代码：

2.         do {
3.                 if (pending & 1) {
4.                         h->action(h);
5.                         rcu_bh_qsctr_inc(cpu);
6.                 }
7.                 h++;
8.                 pending >>= 1;
9.         } while (pending);

复制代码
你看，这里就是对softirq进行处理了，因为pengding是一个__u32的类型，所以每一位都对应了一种softirq，正好是32种（linux kernel中实际上只使用了前6种 ）.
h->action(h),就是运行softirq的处理函数。

对于tasklet，前面已经说了，是一种特殊的softirq，具体就是第0和第5种softirq，所以说tasklet是基于softirq来实现的。
tasklet既然对应第0和第5种softirq，那么就应该有对应的处理函数，以便h->action()会运行tasklet的处理函数。
我们看代码：

2. softirq.c
4. void __init softirq_init(void)  
5. {
6.         open_softirq(TASKLET_SOFTIRQ, tasklet_action, NULL);
7.         open_softirq(HI_SOFTIRQ, tasklet_hi_action, NULL);
8. }

复制代码
这里注册了两种tasklet所在的softirq的处理函数，分别对应高优先级的tasklet和低优先级的tasklet。

我们看低优先级的吧（高优先级的也一样）。

2. static void tasklet_action(struct softirq_action *a)
3. {
4.         struct tasklet_struct *list;
6.         local_irq_disable();
7.         list = __get_cpu_var(tasklet_vec).list;
8.         __get_cpu_var(tasklet_vec).list = NULL;
9.         local_irq_enable();
11.         while (list) {
12.                 struct tasklet_struct *t = list;
14.                 list = list->next;
16.                 if (tasklet_trylock(t)) {
17.                         if (!atomic_read(&t->count)) {
18.                                 if (!test_and_clear_bit(TASKLET_STATE_SCHED, &t->state))
19.                                         BUG();
20.                                 t->func(t->data);
21.                                 tasklet_unlock(t);
22.                                 continue;
23.                         }
24.                         tasklet_unlock(t);
25.                 }
27.                 local_irq_disable();
28.                 t->next = __get_cpu_var(tasklet_vec).list;
29.                 __get_cpu_var(tasklet_vec).list = t;
30.                 __raise_softirq_irqoff(TASKLET_SOFTIRQ);  
31.                 local_irq_enable();
32.         }
33. }

复制代码
你看，在运行softirq的处理时（__do_softirq），对于

2.         do {
3.                 if (pending & 1) {
4.                         h->action(h);
5.                         rcu_bh_qsctr_inc(cpu);
6.                 }
7.                 h++;
8.                 pending >>= 1;
9.         } while (pending);

复制代码
如果tasklet有任务需要处理，会运行到h->action()，这个函数指针就会指向tasklet_action()，然后在tasklet_action()里再去执行tasklet对应的各个任务，这些任务都是挂在一个全局链表里面的，具体的代码这里就不分析了。

另外， softirq在smp中是可能被同时运行的，所以softirq的处理函数必须被编写成可重入的函数。
但tasklet是不会在多个cpu之中同时运行的，所以tasklet的处理函数可以编写成不可重入的函数，这样就减轻了编程人员的负担。

不知道这样写，LZ看明白了没有？

Answer 2

自己顶一下，大家讨论讨论吧

Answer 3

你是想讨论这几种机制的区别么？

Answer 4

是的，还有这句话“软中断和tasklet运行于中断上下文，而工作队列则运行于进程上下文。因此，软中断和tasklet处理函数中不能睡眠，而工作队列处理函数中允许睡眠”。

Answer 5

可能Lz需要找本书，搞清楚进程是什么，中断是什么，他们之间是否有关系。
搞清楚了这些，tasklet、工作队列、软中断之间的区别和联系，看《linux kernel development》就很简单了。

Answer 6

原帖由 todayrw 于 2009-4-30 09:30 发表
是的，还有这句话“软中断和tasklet运行于中断上下文，而工作队列则运行于进程上下文。因此，软中断和tasklet处理函数中不能睡眠，而工作队列处理函数中允许睡眠”。

有句话是这样的：能用tasklet的最好不要用软中断。
工作队列(work queue)是Linux kernel中将工作推后执行的一种机制。这种机制和BH或Tasklets不同之处在于工作队列是把推后的工作交由一个内核线程去执行，因此工作队列的优势就在于它允许重新调度甚至睡眠，它和软中断与tasklet的区别表现在以下几方面：
1、tasklet 在软件中断上下文中运行的结果是所有的 tasklet 代码必须是原子的. 相反, 工作队列函数在一个特殊内核进程上下文运行; 结果, 它们有更多的灵活性. 特别地, 工作队列函数能够睡眠.

2、tasklet 常常在它们最初被提交的处理器上运行. 工作队列以相同地方式工作, 缺省地

3、内核代码可以请求工作队列函数被延后一个明确的时间间隔
两者之间关键的不同是 tasklet 执行的很快, 短时期, 并且在原子态, 而工作队列函数可能有高周期但是不需要是原子的. 每个机制有它适合的情形

Answer 7

有关工作队列还能够理解。
但关于软中断和tasklet之间的区别和联系还很模糊。
你说“能用tasklet的最好不要用软中断”，而书上又说“tasklet是基于软中断实现的”，但书上对软中断本身是怎么实现的也没有描述清楚。
可否对软中断和tasklet之间的区别和联系做一些答复，谢谢！

Answer 8

关于软中断和tasklet，我记得是这样的：
1、相同的软中断和tasklet在不同CPU（SMP的情况）上都不能并发的执行；
2、不同的软中断不能在不同的CPU上并发执行；
3、不通的tasklet可以在不同的CPU上并发执行。

Answer 9

明白了！谢谢！讲得很详细！