linux内核源代码分析-中断处理程序与内核同步.ppt

1、LINUX中断处理程序及内核同步,系统调用和中断(回顾上节课内容) 中断处理程序的上、下半部机制 LINUX下半部处理机制 同步的经典问题 LINUX内核同步实现 实验问题解答,系统调用和中断(回顾上节课内容),系统调用原理 INT 80H 中断描述符（80H指向system_call） 系统调用表（system_call_table） 系统调用编号（系统调用在系统调用表中的位置） 中断 中断描述符 中断号 中断处理程序,中断处理程序的上、下半部机制,中断处理程序为什么要分上下半部 中断处理程序以异步方式执行，可能打断重要的操作的执行，越快越好 中断处理程序屏蔽其他中断，执行越快越好 中断处理

2、程序往往需要对硬件操作，通常有很高的时限要求 中断处理程序不在进程的上下文中运行，所以不能阻塞 以上说明：中断处理程序必须执行快，否则影响并发性；中断处理程序在某些时候必须屏蔽其他的中断。 把必须屏蔽中断的一些操作放在上半部 把有些操作放在下半部，可以被打断 这就是操作系统中断处理的上下半部机制。（网络通信的例子）,上、下半部怎样分开,如果一个任务对时间非常敏感，将其放在中断处理程序中（上半部）执行。 如果一个任务和硬件相关，放在中断处理程序执行 如果一个任务要保证不被其他中断打断，则放在中断处理程序执行 其他的所有任务，考虑放在下半部执行。,下半部实现机制,LINUX的上半部就是中断处理程序

3、 下半部有多种机制 软中断机制 Tasklet机制 工作队列机制,软中断机制,此处的软中断和系统调用用大INT80H不同，是操作系统支持的一种中断机制。 软中断机制的实现 软中断在编译期间静态分配(由softirq_action结构表示，定义在中) Struct softirq_action void (*action)(struct softirq_action*);/*将要执行的函数*/ void *data; /* 传递给函数的参数*/ Kernel/softirq.c中定义了一个包含有32个该结构体的数组 Static struct softirq_action softirq_vec

4、32;,软中断机制,32个是最大值，目前用到6个 软中断处理程序 Void softirq_handler(struct softirq_action*)（传的是整个结构） 当内核运行一个软中断处理程序的时候，会执行这个action函数 如若my_softirq指向softirq_vec数组的某项，内核已下方式调用函数： My_softirq-action(mysoftirq); 执行软中断 标记（raising the softirq） 处理完一个硬件中断后 在ksoftirqd内核线程中 显示检查和执行待处理软中断的代码中,软中断机制,do_softirq(不管执行的时机，软中断都要在do

5、_softirq中执行) 核心部分代码： u32 pending = softirq_pending(cpu); if (pending) struct softirq_action *h = softirq_vec; softirq_pending(cpu) = 0; do if (pending ,软中断机制,使用软中断 分配索引 中，已用的： HI_SOFTIRQ0优先级高的TASKLets TIMER_SOFTIRQ1 NET_TX_SOFTIRQ2 NET_RX_SOFTIRQ3 SCSI_SOFTIRQ4 TASKLET_SOFTIRQ5 添加自己的项时要根据优先级定义加入，一般在

6、SCSI的下面。,软中断机制,注册你的处理程序 OPEN_SOFTIRQ(NET_TX_SOFTIRQ,actions,NULL); 触发你的软中断 Raise_softirq(NET_TX_SOFTIRQ)(在你的中断处理程序里触发) 与中断处理程序一起的一般处理过程。,Tasklets机制,基于软中断实现的下半部机制 接口更简单，锁保护也要求较低 Tasklets的实现（linux/interrupt.h） Struct tasklet_struct Struct tasklet_struct *next; Unsigned long sate;(0/TASKLET_STATE_SCHED

7、/TASKLET_STATE_RUN) Atomic_t count;/*引用计数器,0允许执行，否则禁止*/ Void (*func)(unsigned long);/*执行函数*/ Unsigned long data;,Tasklets机制,调度tasklets Tasklets 放在tasklet_vec和task_hi_vec两个链表中； 由tasklet_schedule()和tasklet_hi_schedule()进行调度 Task_schedule执行的步骤： 检查tasket的状态是否为tASKLET_STATE_SCHED,若是返回， 保存中断状态，然后禁止本地中断 把需

8、要调度的tasklet放在每个处理器的tasklet_vec表头上去。 唤起TASKLET_SOFTIRQ或TASKLET_HI_SOFTIRQ. 恢复中断。,Tasklets机制,Tasklet_action() 和tasklet_hi_action()做的工作： 禁止中断 将当前处理器上的该链表清空 允许中断 循环遍历链表上每一个待处理的tasklet 若是多处理器系统，看是否RUN,若是下一个 若没有执行，设为RUN 检查count是否为0，若不是，下一个 调用执行TASKLET，后清空相应的标志。 下一个,Tasklets机制,使用 tasklets 声明Tasklet DECLARE

9、_TASKLET(name,func,data) DECLARE_TASKLET_DISABLED() 以上是静态的方式 Tasklet_init(t,tasklet_handler,dev) ;/*动态创建*/ 编写处理程序 Tasklet_handler(unsigned long data),Tasklets机制,调度自己的tasklet 实际上是标记，或称挂起 Tasklet_schedule( 总结tasklet机制,Ksoftirqd,软中断和tasklet机制中，当中断或 tasklet频繁发生时其处理方式要慎重选择。 尽快执行（系统忙时，用户进程得不到响应） 滞后执行（系统闲的

10、时候，中断处理的也不快） 折中的办法:低优先级核心进程专门处理软中断,Ksoftirqd/n,For(;) If (!softirq_pending(cpu) shedule(); set_current_state(TASK_RUNNING); While (softirq_pending(cpu) Do_softirq(); If (need_resched() schedule() ,工作队列机制,工作队列机制和上面两中机制不同，它将下半部功能交由内核线程执行，有线程的上下文环境，可以睡眠。 工作队列机制的实现 提供创建worker threads的接口 提供默认的工作者线程处理排到队列

11、里的下半部工作 提供把需要推后执行的任务排到队列里的接口,工作队列机制,表示线程的数据结构 Struct workqueue_struct Struct cpu_workqueue_struct cpu_wqNR_CPUS; Struct cpu_workqueue_struct Spinlock_t lock; Struct list_head worklist; wait_queue_head_t more_work; Wait_queue_head_t work_done; Struct workqueue_struct *wq; Tast_t *thread; Struct compl

12、etion exit;,工作队列机制,表示工作的数据结构 Struct work_struct Unsigned long pending; Struct list_head entry; Void (*func)(void*); Void *data; Void *wq_data; Struct timer_list timer;,工作队列机制,核心线程 见书81页，处理机制如下： 线程将自己设置为休眠状态 若工作连表为空，休眠 若不空，调用run_workqueue() 函数执行工作。 Run_workqueue的执行：（p82） 当工作链表不空时，选取下一个节点对象，获取要执行的函数和参

13、数。 待处理标志清0 调用函数 重复执行,工作队列机制,工作队列机制的使用 创建工作 DECLARE_WORK(name,void(*func)(void*),void*data); Init_work(.) 工作队列处理函数 void work_handler(void *data); 对工作进行调度 shedule_work(); shedule_delayed_work( cancel_ 创建新的队列,选择推后任务的处理机制,上下文顺序执行保障 软中断中断没有 Tasklet中断同类型的不能同时执行 工作队列进程没有,加锁的问题,下半部之间 下半部与用户进程之间 有共享资源的地方要加锁,内核同步问题,临界区 临界区就是访问和操作共享资源的代码段，必须保证原子地执行才能保证安全。 共享变量的例子（p90）,内核同步问题,加锁 一个简单共享变量的操作问题还容易解决一些，比如让硬件本身提供原子操作的复合指令。但若是共享的是一个复杂的数据结构，比如一个结构的链表，就不能这样解决啦。 加锁的思路是，保证在临界区中执行的线程只有一个。（P91）,内核同步问题,同步问题一般必须事先设计好，否则很难调试。（即使不加处