理解 Linux 内核的软中断(2)

ksoftirqd里也可以看到,在执行软中断前是可以被抢占的,但是一旦开始执行就不能被抢占了(和上面的调度之一:irq_exit中的讲述的思想是一致的)。就是说,软中断和硬中断的处理思想是一致的:执行期间不允许发生调度!

上述不能抢占的原因其实就是类似事务性的一个原则:一旦开始不能停止。另外一个原因是,执行的是用户自定义的硬(软)中断程序,操作具有不确定性,如果让这些操作期间具有调度可能,则会脱离内核的控制范围。

软中断的激活之四:其他地方

比如netif_rx_ni(),执行do_softirq前关抢占,不能在执行软中断期间调度。

软中断的激活之五:local_bh_enable

if(unlikely(!in_interrupt()&& local_softirq_pending()))

do_softirq();

想想,如果异常和软中断有共享数据的话,异常处理走到此共享数据的临界区时需要关软中断,但不需要关硬中断。那么当走完临界区时,需要开软中断,此时就是一个激活时机(看preempt_count了,其实可能也是一个抢占时机)。

用“激活”而不是“调用”的原因是外围处理仅修改本cpu的__softirq_pending位图,最后由核心机制(比如ksoftirqd、能通过in_interrupt检查的软中断处理)真正处理,而这就是软中断的理念:让硬中断(或者其它)更快执行,所以不会采用直接调用的方式。

“激活”的原则是谁激活,谁处理,哪个cpu上的硬中断带来的软中断就由哪个cpu处理(或者说,归属cpu是软中断跟着硬中断走)。这样,充分发挥smp的优势,均衡到各个cpu上。至于硬中断和cpu之间的关系,我们以后讲到硬中断时再讨论。每个cpu维护自己的软中断机制就行了,各个cpu是互不相关的。注意,还是有相关性的:各个cpu并行处理同一类型的软中断时,该类型软中断处理需要为共享数据做保护,这是软中断可重入性需要付出的代价。

软中断核心函数处理之do_softirq

do_softirq先检查软中断重入条件:必须不在硬中断里并且不在软中断里,符合条件之后就可以开始做如下的软中断处理了:

pending = local_softirq_pending();

if(pending)

__do_softirq();

这个处理是在关中断的保护下完成的,毕竟软中断和硬中断本质上是一样的,都是中断体系的(当然,进入到硬/软中断内部再开则另当别论了)。也可以看到,局部变量pending没有传入__do_softirq内部,所以此处仅是判断,不是使用,此处判断值和内部使用值可能有差异,位图中置位位数会少一些。

我们再深究一下这个检查条件。我们的理解是:

这个条件达到了两个效果:同一个cpu上的软中断不嵌套;嵌套硬中断中不处理软中断。就同一个cpu而言,__do_softirq函数的执行是串行的,非重入的(do_softirq函数可以说是可重入的);就多个cpu而言,__do_softirq函数是可重入的,即使是同一个类型的软中断。也就是说,软中断通过这个检查条件做到了本cpu上的软中断处理串行化,当然,多cpu之间的还是并行的,所以同一类型软中断处理还是需要保护自己的相关共享数据结构的。

软中断核心函数处理之__do_softirq

__do_softirq函数处理是尽量(虽然可能还是执行不完)执行所有被激活的软中断(由本cpu上的__softirq_pending位图标识)处理。我们分三个阶段分析。

准备处理阶段:关闭软中断(效果是让上面提到的检查条件为真,从而达到禁止本cpu上的软中断嵌套的目的)。

核心处理阶段:关硬中断,获得本cpu的__softirq_pending位图并存储起来,清空位图,开硬中断(仅在读写位图时需要关硬中断,防止其它硬中断同时操作)。执行本cpu的所有软中断(由存储起来的位图获得)。这个核心处理是个循环,最多10次(MAX_SOFTIRQ_RESTART),毕竟此时用的是用户进程的栈,不能借用太久。退出循环的条件是:总时间超出或者被抢占(开中断就会有被抢占)或者达到10次了。

结尾处理阶段:关硬中断,开软中断。

另外,如果10次循环都解决不完软中断,说明期间发生的硬中断很多,带来的额外的软中断也很多。那么就不继续影响借用的用户进程栈了,直接交给专门的ksoftirqd内核线程处理。这也就说明了循环的含义:处理软中断期间时还会进入新的硬中断,从而带进新的软中断(当然,仅仅是在本cpu的__softirq_pending上置位,不会有实际处理),所以需要反复去处理(处理的目标很明确,就是要清空本cpu上的__softirq_pending位图)。

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