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1、软中断
软中断的原理就略过了，讲内核的书上都有，此处省略1500字。。。。。。
1.1 注册
还是以我最熟悉的两个老朋友做为开篇：
open_softirq(NET_TX_SOFTIRQ, net_tx_action);
open_softirq(NET_RX_SOFTIRQ, net_rx_action);
open_softirq向内核注册一个软中断，其实质是设置软中断向量表相应槽位，注册其处理函数：
1. void open_softirq(int nr, void (*action)(struct softirq_action *))
2. {
3. softirq_vec[nr].action = action;
4. }
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softirq_vec是整个软中断的向量表:
1. struct softirq_action
2. {
3. void (*action)(struct softirq_action *);
4. };
5.
6. static struct softirq_action softirq_vec[NR_SOFTIRQS] __cacheline_aligned_in_smp;
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NR_SOFTIRQS是最大软中断向量数，内核支持的所有软中断如下：
1. enum
2. {
3. HI_SOFTIRQ=0,
4. TIMER_SOFTIRQ,
5. NET_TX_SOFTIRQ,
6. NET_RX_SOFTIRQ,
7. BLOCK_SOFTIRQ,
8. TASKLET_SOFTIRQ,
9. SCHED_SOFTIRQ,
10. HRTIMER_SOFTIRQ,
11. RCU_SOFTIRQ, /* Preferable RCU should always be the last softirq */
12.
13. NR_SOFTIRQS
14. };
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好像后为为RPS新增了一个，不过这我的内核版本偏低。
1.2 激活
当需要调用软中断时，需要调用raise_softirq函数激活软中断，这里使用术语“激活”而非“调用”，
是因为在很多情况下不能直接调用软中断。所以只能快速地将其标志为“可执行”，等待未来某一时刻调用。
为什么“在很多情况下不能直接调用软中断”?试想一下下半部引入的理念，就是为了让上半部更快地执行。
如果在中断程序代码中直接调用软中断函数，那么就失去了上半部与下半部的区别，也就是失去了其存在的意义。
内核使用一个名为__softirq_pending的位图来描述软中断，每一个位对应一个软中断,位图包含在结构irq_stat中：
1. typedef struct {
2. unsigned int __softirq_pending;
3. ……
4. } ____cacheline_aligned irq_cpustat_t;
5.
6. DECLARE_PER_CPU_SHARED_ALIGNED(irq_cpustat_t, irq_stat);
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宏or_softirq_pending用于设置相应的位（位或操作）：
1. #define or_softirq_pending(x) percpu_or(irq_stat.__softirq_pending, (x))
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local_softirq_pending用于取得整个位图（而非某一位）：
1. #define local_softirq_pending() percpu_read(irq_stat.__softirq_pending)
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宏__raise_softirq_irqoff是or_softirq_pending的包裹：
1. #define __raise_softirq_irqoff(nr) do { or_softirq_pending(1UL << (nr)); } while (0)
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raise_softirq_irqoff通过调用__raise_softirq_irqoff实现激活软中断，它的参数nr即位软中断对应的位图槽位：
1. /*
2. * This function must run with irqs disabled!
3. */
4. inline void raise_softirq_irqoff(unsigned int nr)
5. {
6. //置位图，即标记为可执行状态
7. __raise_softirq_irqoff(nr);
8.
9. /*
10. * If we're in an interrupt or softirq, we're done
11. * (this also catches softirq-disabled code). We will
12. * actually run the softirq once we return from
13. * the irq or softirq.
14. *
15. * Otherwise we wake up ksoftirqd to make sure we
16. * schedule the softirq soon.
17. */
18. //设置了位图后，可以判断是否已经没有在中断上下文中了，如果没有，则是一个立即调用软中断的好时机。
19. //in_interrupt另一个作用是判断软中断是否被禁用。
20. //wakeup_softirqd唤醒软中断的守护进程ksoftirq。
21. if (!in_interrupt())
22. wakeup_softirqd();
23. }
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现在可以来看"激活"软中断的所有含义了，raise_softirq函数完成这一操作：
1. void raise_softirq(unsigned int nr)
2. {
3. unsigned long flags;
4.
5. //所有操作，应该关闭中断，避免嵌套调用
6. local_irq_save(flags);
7. raise_softirq_irqoff(nr);
8. local_irq_restore(flags);
9. }
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可见，激活的操作，主要是两点：
<1>、最重要的，就是置相应的位图，等待将来被处理；
<2>、如果此时已经没有在中断上下文中，则立即调用(其实是内核线程的唤醒操作)，现在就是将来；
2、调度时机
是的，除了raise_softirq在，可能会（嗯，重要的是“可能”）通过wakeup_softirqd唤醒ksoftirqd外，还得明白软中断的其它调用时机。
A、当do_IRQ完成了I/O中断时调用irq_exit:
1. #ifdef __ARCH_IRQ_EXIT_IRQS_DISABLED
2. # define invoke_softirq() __do_softirq()
3. #else
4. # define invoke_softirq() do_softirq()
5. #endif
6.
7. void irq_exit(void)
8. {
9. account_system_vtime(current);
10. trace_hardirq_exit();
11. sub_preempt_count(IRQ_EXIT_OFFSET);
12. if (!in_interrupt() && local_softirq_pending())
13. invoke_softirq(); //调用软中断
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B、如果系统使用I/O APIC，在处理完本地时钟中断时：
1. void __irq_entry smp_apic_timer_interrupt(struct pt_regs *regs)
2. {
3. ……
4. irq_exit();
5. ……
6. }
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C、local_bh_enable
local_bh_enable就是打开下半部，当然重中之中就是软中断了：
1. void local_bh_enable(void)
2. {
3. _local_bh_enable_ip((unsigned long)__builtin_return_address(0));
4. }
5.
6. static inline void _local_bh_enable_ip(unsigned long ip)
7. {
8. ……
9.
10. if (unlikely(!in_interrupt() && local_softirq_pending()))
11. do_softirq();
12.
13. ……
14. }
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D、在SMP中，当CPU处理完被CALL_FUNCTION_VECTOR处理器间中断所触发的函数时：
唔，对多核中CPU的之间的通信不熟，不太清楚这个机制……
3、do_softirq
不论是哪种调用方式，最终都会触发到软中断的核心处理函数do_softirq，它处理当前CPU上的所有软中断。
内核将软中断设计尽量与平台无关，但是在某些情况下，它们还是会有差异，先来看一个x86 32位的do_softirq版本：
1. asmlinkage void do_softirq(void)
2. {
3. unsigned long flags;
4. struct thread_info *curctx;
5. union irq_ctx *irqctx;
6. u32 *isp;
7.
8. //软中断不能在中断上下文内嵌套调用。中断处理程序或下半部采用的是"激活"方式。
9. if (in_interrupt())
10. return;
11.
12. //禁止中断，保存中断标志
13. local_irq_save(flags);
14. //内核使用一个CPU位图，确实几个软中断可以同时在不同的CPU上运行，包括相同的软中断。例如，
15. //NET_RX_SOFTIRQ可以同时跑在多个处理器上。
16. //local_softirq_pending用于确定当前CPU的所有位图是否被设置。即是否有软中断等待处理。
17. //回想一下经常发生的网卡接收数据处理：当网卡中断落在哪一个CPU上时，与之相应的软中断函数就会在其上执行。
18. //从这里来看，实质就是哪个网卡中断落在相应的CPU上，CPU置其软中断位图，这里做相应的检测（这里local_softirq_pending只
19. //是一个总的判断，后面还有按位的判断），检测到有相应的位，执行之
20. if (local_softirq_pending()) {
21. //取得线程描述符
22. curctx = current_thread_info();
23. //构造中断上下文结构，softirq_ctx是每个CPU的软中断上下文
24. //static DEFINE_PER_CPU(union irq_ctx *, softirq_ctx);
25. //这里先取得当前CPU的软中断上下文，然后为其赋初始值——保存当前进程和栈指针
26. irqctx = __get_cpu_var(softirq_ctx);
27. irqctx->tinfo.task = curctx->task;
28. irqctx->tinfo.previous_esp = current_stack_pointer;
29.
30. /* build the stack frame on the softirq stack */
31. //构造中断栈帧
32. isp = (u32 *) ((char *)irqctx + sizeof(*irqctx));
33.
34. //call_on_stack切换内核栈，并在中断上下文上执行函数__do_softirq
35. call_on_stack(__do_softirq, isp);
36. /*
37. * Shouldnt happen, we returned above if in_interrupt():
38. */
39. WARN_ON_ONCE(softirq_count());
40. }
41.
42. //恢复之
43. local_irq_restore(flags);
44. }
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当配置了CONFIG_4KSTACKS，每个进程的thread_union只有4K，而非8K。发生中断时，内核栈将不使用进程的内核栈，而使用每个 cpu的中断请求栈。
内核栈将使用每个 cpu的中断请求栈，而非进程的内核栈来执行软中断函数：
1. static void call_on_stack(void *func, void *stack)
2. {
3. asm volatile("xchgl %%ebx,%%esp \n" //交换栈指针，中断栈帧的指针stack做为传入参数（%ebx），交换后esp是irq_ctx的栈顶，ebx是进程内核栈的栈
4. "call *%%edi \n" //调用软中断函数
5. "movl %%ebx,%%esp \n" //恢复之，直接使用movl，而非xchgl是因为函数执行完毕，中断的栈帧指针已经没有用处了
6. : "=b" (stack)
7. : "0" (stack),
8. "D"(func)
9. : "memory", "cc", "edx", "ecx", "eax");
10. }
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PS：所有的这些执行，应该都是在定义4K栈的基础上的：
1. #ifdef CONFIG_4KSTACKS
2. /*
3. * per-CPU IRQ handling contexts (thread information and stack)
4. */
5. union irq_ctx {
6. struct thread_info tinfo;
7. u32 stack[THREAD_SIZE/sizeof(u32)];
8. } __attribute__((aligned(PAGE_SIZE)));
9.
10. static DEFINE_PER_CPU(union irq_ctx *, hardirq_ctx);
11. static DEFINE_PER_CPU(union irq_ctx *, softirq_ctx);
12. ……
13.
14. static void call_on_stack(void *func, void *stack)
15. ……
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是的，这个版本相对复杂，但是如果看了复杂的，再来看简单的，就容易多了,当平台没有定义do_softirq函数时(__ARCH_HAS_DO_SOFTIRQ)，
内核提供了一个通用的：
1. #ifndef __ARCH_HAS_DO_SOFTIRQ
2.
3. asmlinkage void do_softirq(void)
4. {
5. __u32 pending;
6. unsigned long flags;
7.
8. if (in_interrupt())
9. return;
10.
11. local_irq_save(flags);
12.
13. pending = local_softirq_pending();
14.
15. if (pending)
16. __do_softirq();
17.
18. local_irq_restore(flags);
19. }
20.
21. #endif
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无需更多的解释，它非常的简洁。
不论是哪个版本，都将调用__do_softirq函数：
1. asmlinkage void __do_softirq(void)
2. {
3. struct softirq_action *h;
4. __u32 pending;
5. int max_restart = MAX_SOFTIRQ_RESTART;
6. int cpu;
7.
8. //保存位图
9. pending = local_softirq_pending();
10. //进程记帐
11. account_system_vtime(current);
12.
13. //关闭本地CPU下半部。为了保证同一个CPU上的软中断以串行方式执行。
14. __local_bh_disable((unsigned long)__builtin_return_address(0));
15. lockdep_softirq_enter();
16.
17. //获取本地CPU
18. cpu = smp_processor_id();
19. restart:
20. /* Reset the pending bitmask before enabling irqs */
21. //清除位图
22. set_softirq_pending(0);
23.
24. //锁中断，只是为了保持位图的互斥，位图处理完毕。后面的代码可以直接使用保存的pending，
25. //而中断处理程序在激活的时候，也可以放心地使用irq_stat.__softirq_pending。
26. //所以，可以开中断了
27. local_irq_enable();
28.
29. //取得软中断向量
30. h = softirq_vec;
31.
32. //循环处理所有的软中断
33. do {
34. //逐步取位图的每一位，判断该位上是否有软中断被设置。若有，处理之
35. if (pending & 1) {
36. //保存抢占计数器
37. int prev_count = preempt_count();
38. kstat_incr_softirqs_this_cpu(h - softirq_vec);
39.
40. trace_softirq_entry(h, softirq_vec);
41. //调用软中断
42. h->action(h);
43. trace_softirq_exit(h, softirq_vec);
44. //判断软中断是否被抢占，如果是，则输出一段错误信息
45. if (unlikely(prev_count != preempt_count())) {
46. printk(KERN_ERR "huh, entered softirq %td %s %p"
47. "with preempt_count %08x,"
48. " exited with %08x?\n", h - softirq_vec,
49. softirq_to_name[h - softirq_vec],
50. h->action, prev_count, preempt_count());
51. preempt_count() = prev_count;
52. }
53. //？？qsctr,这个是啥东东
54. rcu_bh_qsctr_inc(cpu);
55. }
56. //指向下一个软中断槽位
57. h++;
58. //移位，取下一个软中断位
59. pending >>= 1;
60. } while (pending);
61.
62. //当软中断处理完毕后，因为前面已经开了中断了，所以有可能新的软中断已经又被设置，
63. //软中断调度程序会尝试重新软中断，其最大重启次数由max_restart决定。
64. //所以，这里必须再次关闭中断，再来一次……
65. local_irq_disable();
66.
67. //取位图
68. pending = local_softirq_pending();
69. //有软中断被设置，且没有超过最大重启次数，再来一次先
70. if (pending && --max_restart)
71. goto restart;
72.
73. //超过最大重启次数，还有软中断待处理，调用wakeup_softirqd。其任处是唤醒软中断守护进程ksoftirqd。
74. if (pending)
75. wakeup_softirqd();
76.
77. lockdep_softirq_exit();
78.
79. account_system_vtime(current);
80. //恢复下半部
81. _local_bh_enable();
82. }
复制代码
中断跟踪
如果中断跟踪CONFIG_TRACE_IRQFLAGS被定义，lockdep_softirq_enter/lockdep_softirq_exit用于递增/递减当前进程的软中断上下文计数器softirq_context：
1. # define lockdep_softirq_enter() do { current->softirq_context++; } while (0)
2. # define lockdep_softirq_exit() do { current->softirq_context--; } while (0)
复制代码
trace_softirq_entry与trace_softirq_exit配合使用，可以用于判断软中断的延迟。
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