中斷服務程序一般都是在中斷請求關閉的條件下執行的,以避免嵌套而使中斷控制複雜化。但是,中斷是一個隨機事件,
它隨時會到來,如果關中斷的時間太長,CPU就不能及時響應其他的中斷請求,從而造成中斷的丟失。因此,內核的目
標就是儘可能快的處理完中斷請求,盡其所能把更多的處理向後推遲。例如,假設一個數據塊已經達到了網線,當中斷
控制器接受到這個中斷請求信號時,Linux內核只是簡單地標誌數據到來了,然後讓處理器恢復到它以前運行的狀態,其
餘的處理稍後再進行(如把數據移入一個緩衝區,接受數據的進程就可以在緩衝區找到數據)。因此,內核把中斷處理
分爲兩部分:上半部(top half)和下半部(bottom half),上半部(就是中斷服務程序)內核立即執行,而下半部(就
是一些內核函數)留着稍後處理:
首先,一個快速的“上半部”來處理硬件發出的請求,它必須在一個新的中斷產生之前終止。通常,除了在設備和一些內存
緩衝區(如果你的設備用到了DMA,就不止這些)之間移動或傳送數據,確定硬件是否處於健全的狀態之外,這一部分做
的工作很少。
下半部運行時是允許中斷請求的,而上半部運行時是關中斷的,這是二者之間的主要區別。但是,內核到底什時候執行下
半部,以何種方式組織下半部?這就是我們要討論的下半部實現機制,這種機制在內核的演變過程中不斷得到改進,在以
前的內核中,這個機制叫做bottom half(簡稱bh),在2.4以後的版本中有了新的發展和改進,改進的目標使下半部可以在多
處理機上並行執行,並有助於驅動程序的開發者進行驅動程序的開發。下面主要介紹常用的小任務(Tasklet)機制及2.6內核
中的工作隊列機制。除此之外,還簡要介紹2.4以前內核中的下半部和任務隊列機制。
這裏的小任務是指對要推遲執行的函數進行組織的一種機制。其數據結構爲tasklet_struct,每個結構代表一個獨立的小任務
,其定義如下:
struct tasklet_struct {
struct tasklet_struct *next; /*指向鏈表中的下一個結構*/
unsigned long state; /* 小任務的狀態 */
atomic_t count; /* 引用計數器 */
void (*func) (unsigned long); /* 要調用的函數 */
unsigned long data; /* 傳遞給函數的參數 */
};
結構中的func域就是下半部中要推遲執行的函數 ,data是它唯一的參數。
State域的取值爲TASKLET_STATE_SCHED或TASKLET_STATE_RUN。TASKLET_STATE_SCHED表示小任務已被調度,正
準備投入運行,TASKLET_STATE_RUN表示小任務正在運行。TASKLET_STATE_RUN只有在多處理器系統上才使用,單處理
器系統什麼時候都清楚一個小任務是不是正在運行(它要麼就是當前正在執行的代碼,要麼不是)。
Count域是小任務的引用計數器。如果它不爲0,則小任務被禁止,不允許執行;只有當它爲零,小任務才被激活,並且在被設
置爲掛起時,小任務才能夠執行。
2 聲明和使用小任務
大多數情況下,爲了控制一個尋常的硬件設備,小任務機制是實現下半部的最佳選擇。小任務可以動態創建,使用方便,執行起
來也比較快。我們既可以靜態地創建小任務,也可以動態地創建它。選擇那種方式取決於到底是想要對小任務進行直接引用還是
一個間接引用。如果準備靜態地創建一個小任務(也就是對它直接引用),使用下面兩個宏中的一個:
DECLARE_TASKLET(name, func, data)
DECLARE_TASKLET_DISABLED(name, func, data)
這兩個宏都能根據給定的名字靜態地創建一個tasklet_struct結構。當該小任務被調度以後,給定的函數func會被執行,它的參數由
data給出。這兩個宏之間的區別在於引用計數器的初始值設置不同。第一個宏把創建的小任務的引用計數器設置爲0,因此,該小任
務處於激活狀態。另一個把引用計數器設置爲1,所以該小任務處於禁止狀態。例如:
DECLARE_TASKLET(my_tasklet, my_tasklet_handler, dev);
這行代碼其實等價於
struct tasklet_struct my_tasklet = { NULL, 0, ATOMIC_INIT(0),
tasklet_handler, dev};
這樣就創建了一個名爲my_tasklet的小任務,其處理程序爲tasklet_handler,並且已被激活。當處理程序被調用的時候,dev就會被
傳遞給它。
小任務處理程序必須符合如下的函數類型:
void tasklet_handler(unsigned long data)
由於小任務不能睡眠,因此不能在小任務中使用信號量或者其它產生阻塞的函數。但是小任務運行時可以響應中斷。
通過調用tasklet_schedule()函數並傳遞給它相應的tasklt_struct指針,該小任務就會被調度以便適當的時候執行:
tasklet_schedule(&my_tasklet); /*把 my_tasklet 標記爲掛起 */
在小任務被調度以後,只要有機會它就會儘可能早的運行。在它還沒有得到運行機會之前,如果一個相同的小任務又被調度了,那麼
它仍然只會運行一次。
可以調用tasklet_disable()函數來禁止某個指定的小任務。如果該小任務當前正在執行,這個函數會等到它執行完畢再返回。調用
tasklet_enable()函數可以激活一個小任務,如果希望把以DECLARE_TASKLET_DISABLED()創建的小任務激活,也得調用這個函
數,如:
tasklet_disable(&my_tasklet); /* 小任務現在被禁止,這個小任務不能運行 */tasklet_enable(&my_tasklet); /* 小任務現在被激活 */
也可以調用tasklet_kill()函數從掛起的隊列中去掉一個小任務。該函數的參數是一個指向某個小任務的tasklet_struct的長指針。在小任
務重新調度它自身的時候,從掛起的隊列中移去已調度的小任務會很有用。這個函數首先等待該小任務執行完畢,然後再將它移去。
5 tasklet的簡單用法
下面是tasklet的一個簡單應用, 以模塊的形成加載。
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/kdev_t.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/interrupt.h>
static struct tasklet_struct my_tasklet;
static void tasklet_handler (unsigned long data)
{
printk(KERN_ALERT "tasklet_handler is running.\n");
}
static int __init test_init(void)
{
tasklet_init(&my_tasklet, tasklet_handler, 0);
tasklet_schedule(&my_tasklet);
return 0;
}
static void __exit test_exit(void)
{
tasklet_kill(&my_tasklet);
printk(KERN_ALERT "test_exit running.\n");
}
MODULE_LICENSE("GPL");
module_init
(test_init);
module_exit(test_exit);
module_init
從這個例子可以看出,所謂的小任務機制是爲下半部函數的執行提供了一種執行機制,也就是說,推遲處理的事情是由tasklet_handler
實現,何時執行,經由小任務機制封裝後交給內核去處理