Read the fucking source code! --By 魯迅A picture is worth a thousand words. --By 高爾基說明：
中斷子系統(tǒng)中有一個重要的設計機制，那就是Top-half和Bottom-half，將緊急的工作放置在Top-half中來處理，而將耗時的工作放置在Bottom-half中來處理，這樣確保Top-half能盡快完成處理，那么為什么需要這么設計呢？看一張圖就明白了：
Bottom-half機制，包括了softirq、tasklet、workqueue、以及前文中提到過的中斷線程化處理等，其中tasklet又是基于softirq來實現(xiàn)的，這也是本文討論的主題；在中斷處理過程中，離不開各種上下文的討論，了解不同上下文的區(qū)分有助于中斷處理的理解，所以，還是來一張老圖吧：
task_struct結(jié)構(gòu)體中的thread_info.preempt_count用于記錄當前任務所處的context狀態(tài)；PREEMPT_BITS：用于記錄禁止搶占的次數(shù)，禁止搶占一次該值就加1，使能搶占該值就減1；SOFTIRQ_BITS：用于同步處理，關(guān)掉下半部的時候加1，打開下半部的時候減1；HARDIRQ_BITS：用于表示處于硬件中斷上下文中；前戲結(jié)束了，直奔主題吧。
softirq不支持動態(tài)分配，Linux kernel提供了靜態(tài)分配，關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)體描述如下，可以類比硬件中斷來理解：
/* 支持的軟中斷類型，可以認為是軟中斷號， 其中從上到下優(yōu)先級遞減 */
enum
{
HI_SOFTIRQ=0, /* 最高優(yōu)先級軟中斷 */
TIMER_SOFTIRQ, /* Timer定時器軟中斷 */
NET_TX_SOFTIRQ, /* 發(fā)送網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包軟中斷 */
NET_RX_SOFTIRQ, /* 接收網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包軟中斷 */
BLOCK_SOFTIRQ, /* 塊設備軟中斷 */
IRQ_POLL_SOFTIRQ, /* 塊設備軟中斷 */
TASKLET_SOFTIRQ, /* tasklet軟中斷 */
SCHED_SOFTIRQ, /* 進程調(diào)度及負載均衡的軟中斷 */
HRTIMER_SOFTIRQ, /* Unused, but kept as tools rely on thenumbering. Sigh! */
RCU_SOFTIRQ, /* Preferable RCU should always be the last softirq， RCU相關(guān)的軟中斷 */
NR_SOFTIRQS
};
/* 軟件中斷描述符，只包含一個handler函數(shù)指針 */
struct softirq_action {
void (*action)(struct softirq_action *);
};
/* 軟中斷描述符表，實際上就是一個全局的數(shù)組 */
static struct softirq_action softirq_vec[NR_SOFTIRQS] __cacheline_aligned_in_smp;
/* CPU軟中斷狀態(tài)描述，當某個軟中斷觸發(fā)時，__softirq_pending會置位對應的bit */
typedef struct {
unsigned int __softirq_pending;
unsigned int ipi_irqs[NR_IPI];
} ____cacheline_aligned irq_cpustat_t;
/* 每個CPU都會維護一個狀態(tài)信息結(jié)構(gòu) */
irq_cpustat_t irq_stat[NR_CPUS] ____cacheline_aligned;
/* 內(nèi)核為每個CPU都創(chuàng)建了一個軟中斷處理內(nèi)核線程 */
DEFINE_PER_CPU(struct task_struct *, ksoftirqd);
來一張圖吧：
softirq_vec[]數(shù)組，類比硬件中斷描述符表irq_desc[]，通過軟中斷號可以找到對應的handler進行處理，比如圖中的tasklet_action就是一個實際的handler函數(shù)；irq_cpustat_t狀態(tài)結(jié)構(gòu)，當某個軟中斷需要進行處理時，會將該結(jié)構(gòu)體中的__softirq_pending字段或上1UL << XXX_SOFTIRQ；中斷處理流程中設備驅(qū)動通過request_irq/request_threaded_irq接口來注冊中斷處理函數(shù)，而在軟中斷處理流程中，通過open_softirq接口來注冊，由于它實在是太簡單了，我忍不住想把代碼貼上來：
void open_softirq(int nr, void (*action)(struct softirq_action *))
{
softirq_vec[nr].action = action;
}
也就是將軟中斷描述符表中對應描述符的handler函數(shù)指針指向?qū)暮瘮?shù)即可，以便軟中斷到來時進行回調(diào)。
那么，問題來了，什么時候進行軟中斷函數(shù)回調(diào)呢？
先看第一種情況，用圖片來回答問題：
el0_irq->irq_handler->handle_arch_irq(gic->handle_irq)->handle_domain_irq->__handle_domain_irq；__handle_domain_irq函數(shù)中，irq_enter和irq_exit分別用于來標識進入和離開硬件中斷上下文處理，這個從preempt_count_add/preempt_count_sub來操作HARDIRQ_OFFSET可以看出來，這也對應到了上文中的Context描述圖；!in_interrupt() && local_softirq_pending為真，則進行軟中斷處理。這個條件有兩個含義：1）!in_interrupt()表明不能處在中斷上下文中，這個范圍包括in_nmi、in_irq、in_softirq（Bottom-half disable）、in_serving_softirq，凡是處于這幾種狀態(tài)下，軟中斷都不會被執(zhí)行；2）local_softirq_pending不為0，表明有軟中斷處理請求；軟中斷執(zhí)行的入口就是invoke_softirq，繼續(xù)分析一波：
invoke_softirq函數(shù)中，根據(jù)中斷處理是否線程化進行分類處理，如果中斷已經(jīng)進行了強制線程化處理（中斷強制線程化，需要在啟動的時候傳入?yún)?shù)threadirqs），那么直接通過wakeup_softirqd喚醒內(nèi)核線程來執(zhí)行，否則的話則調(diào)用__do_softirq函數(shù)來處理；ksoftirqd，通過smpboot_register_percpu_thread函數(shù)來完成，其中當內(nèi)核線程運行時，在滿足條件的情況下會執(zhí)行run_ksoftirqd函數(shù)，如果此時有軟中斷處理請求，調(diào)用__do_softirq來進行處理；上圖中的邏輯可以看出，最終的核心處理都放置在__do_softirq函數(shù)中完成：
local_softirq_pending函數(shù)用于讀取__softirq_pending字段，可以類比于設備驅(qū)動中的狀態(tài)寄存器，用于判斷是否有軟中斷處理請求；Bottom-half，處理完后再打開；軟中斷處理時，會打開本地中斷，處理完后關(guān)閉本地中斷，這個地方對應到上文中提到的Top-half和Bottom-half機制，在Bottom-half處理的時候，是會將中斷打開的，因此也就能繼續(xù)響應其他中斷，這個也就意味著其他中斷也能來打斷當前的Bottom-half處理；while(softirq_bit = ffs(pending))，循環(huán)讀取狀態(tài)位，直到處理完每一個軟中斷請求；while循環(huán)之后，再一次判斷是否又有新的軟中斷請求到來（由于它可能被中斷打斷，也就意味著可能有新的請求到來），有新的請求到來，則有三個條件判斷，滿足的話跳轉(zhuǎn)到restart處執(zhí)行，否則調(diào)用wakeup_sotfirqd來喚醒內(nèi)核線程來處理：
time_before(jiffies, MAX_SOFTIRQ_TIME)，軟中斷處理時間小于兩毫秒；!need_resched，當前沒有進程調(diào)度的請求；max_restart = MAX_SOFTIRQ_RESTART，跳轉(zhuǎn)到restart循環(huán)的次數(shù)不大于10次；trade-off的藝術(shù)；__do_softirq既然可以在中斷處理過程中調(diào)用，也可以在ksoftirqd中調(diào)用，那么softirq的執(zhí)行可能有兩種context，插張圖吧：
讓我們來思考最后一個問題：硬件中斷觸發(fā)的時候是通過硬件設備的電信號，那么軟中斷的觸發(fā)是通過什么呢？答案是通過raise_softirq接口：
raise_softirq來進行軟中斷處理請求，處理的實際也就是上文中提到過的irq_exit退出硬件中斷上下文之后再處理；raise_softirq_irqoff函數(shù)中，最終會調(diào)用到or_softirq_pending，該函數(shù)會去讀取本地CPU的irq_stat中__softirq_pending字段，然后將對應的軟中斷號給置位，表明有該軟中斷的處理請求；raise_softirq_irqoff函數(shù)中，會判斷當前的請求的上下文環(huán)境，如果不在中斷上下文中，就可以通過喚醒內(nèi)核線程來處理，如果在中斷上下文中處理，那就不執(zhí)行；第二種軟中斷執(zhí)行的時間點，在Bottom-half使能的時候，通常用于并發(fā)處理，進程空間上下文中進行調(diào)用：
Bottom-half與進程之間能產(chǎn)生資源爭奪的情況，如果在軟中斷和進程之間有臨界資源（軟中斷上下文優(yōu)先級高于進程上下文），那么可以在進程上下文中調(diào)用local_bh_disable/local_bh_enable來對臨界資源保護；Bottom-half的接口，可以看出是spin_lock_bh/read_lock_bh/write_lock_bh等并發(fā)處理接口的變種形式調(diào)用；__local_bh_enable_ip函數(shù)中，首先判斷調(diào)用該本接口時中斷是否是關(guān)閉的，如果已經(jīng)關(guān)閉了再操作BH接口就會告警；preempt_count_sub需要與preempt_count_add配套使用，用于操作thread_info->preempt_count字段，加與減的值是一致的，而在__local_bh_enable_ip接口中，將cnt值的減操作分成了兩步：preempt_count_sub(cnt-1)和preempt_count_dec，這么做的原因是執(zhí)行完preempt_count_sub(cnt-1)后，thread_info->preempt_count字段的值保留了1，把搶占給關(guān)閉了，當do_softirq執(zhí)行完畢后，再調(diào)用preempt_count_dec再減去剩下的1，進而打開搶占；Bottom-half時要進行軟中斷處理呢？在并發(fā)處理時，可能已經(jīng)把Bottom-half進行關(guān)閉了，如果此時中斷來了后，軟中斷不會被處理，在進程上下文中打開Bottom-half時，這時候就會檢查是否有軟中斷處理請求了；從上文中分析可以看出，tasklet是軟中斷的一種類型，那么兩者有啥區(qū)別呢？先說結(jié)論吧：
tasklet支持動態(tài)和靜態(tài)分配，也就是驅(qū)動程序中能比較方便的進行擴展；tasklet會綁定在某個CPU上運行，運行完后再解綁，不要求重入問題，當然它的性能也就會下降一些；DEFINE_PER_CPU(struct tasklet_head, tasklet_vec)為每個CPU都分配了tasklet_head結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)用來維護struct tasklet_struct鏈表，需要放到該CPU上運行的tasklet將會添加到該結(jié)構(gòu)的鏈表中，內(nèi)核中為每個CPU維護了兩個鏈表tasklet_vec和tasklet_vec_hi，對應兩個不同的優(yōu)先級，本文以tasklet_vec為例；struct tasklet_struct為tasklet的抽象，幾個關(guān)鍵字段如圖所示，通過next來鏈接成鏈表，通過state字段來標識不同的狀態(tài)以確保能在CPU上串行執(zhí)行，func函數(shù)指針在調(diào)用task_init()接口時進行初始化，并在最終觸發(fā)軟中斷時執(zhí)行；tasklet本質(zhì)上是一種軟中斷，所以它的調(diào)用流程與上文中討論的軟中斷流程是一致的；tasklet運行的接口是tasklet_schedule，如果tasklet沒有被調(diào)度則進行調(diào)度處理，將該tasklet添加到CPU對應的鏈表中，然后調(diào)用raise_softirq_irqoff來觸發(fā)軟中斷執(zhí)行；tasklet_action，這個在softirq_init函數(shù)中通過open_softirq函數(shù)進行注冊的；tasklet_action函數(shù)，首先將該CPU上tasklet_vec中的鏈表挪到臨時鏈表list中，然后再對這個list進行遍歷處理，如果滿足執(zhí)行條件則調(diào)用t->func()執(zhí)行，并continue跳轉(zhuǎn)遍歷下一個節(jié)點。如果不滿足執(zhí)行條件，則繼續(xù)將該tasklet添加回原來的tasklet_vec中，并再次觸發(fā)軟中斷；簡單貼一下接口吧：
/* 靜態(tài)分配tasklet */
DECLARE_TASKLET(name, func, data)
/* 動態(tài)分配tasklet */
void tasklet_init(struct tasklet_struct *t, void (*func)(unsigned long), unsigned long data);
/* 禁止tasklet被執(zhí)行，本質(zhì)上是增加tasklet_struct->count值，以便在調(diào)度時不滿足執(zhí)行條件 */
void tasklet_disable(struct tasklet_struct *t);
/* 使能tasklet，與tasklet_diable對應 */
void tasklet_enable(struct tasklet_struct *t);
/* 調(diào)度tasklet，通常在設備驅(qū)動的中斷函數(shù)里調(diào)用 */
void tasklet_schedule(struct tasklet_struct *t);
/* 殺死tasklet，確保不被調(diào)度和執(zhí)行， 主要是設置state狀態(tài)位 */
void tasklet_kill(struct tasklet_struct *t)；
收工！
