【中断异常】软中断与Bottom Half

中断服务一般都是将中断请求关闭的条件下进行的，以避免嵌套而使控制复杂化；但是如果关中断的时间持续太长就可能因为CPU不能及时响应其他的中断，而导致其他的中断请求丢失；为此，linux内核允许在将具体的中断服务程序挂入中断请求队列及时将SA_INTERRUPT标志设成0，是这个中断服务程序在开的条件下执行；开中断造成复杂，关中断造成性能低下；一般来说，一次的中断的服务过程可以分为两部分。开头的部分往往是必须在关中断的条件进行的，这样相应的多次的中断请求不能合并在一起来处理；下半部，在开中断的条件下进行，这样才不会使中断关的太久造成其他中断的丢失；而且下半部的操作往往允许延迟稍后再执行；

（1）后半部通常被称为“bottom half”，在内核代码成为bh，它来自RISC系统结构，通常有大量的寄存器；当中断发生时，要将所有的这些寄存器的内容都压入堆栈，并在返回时加以恢复，为此会付出相当高的代价，因此RISC系统结构通常将中断服务分成两部分，第一部分使用为数不多的寄存器，第二部分就是bh；在i386的CISC，面临的问题虽然不尽相同，但有bh也是有必要性的；

（2）其实，早起的bh的使用，它的实现设置了一个函数指针bh_base[]（最多只能代表一个bh函数，而irq_desc[]是一个中断服务队列），和两个无符号整数bh_active（相当于中断请求控制器）和bh_mask（相当于中断屏蔽控制器）相对应，在do_bottom_half()类似do_IRQ执行相应的bh函数；但这种机制给多CPU
SMP结构有性能影响，因为同一时间内只允许一个CPU执行bh函数；bh函数不允许嵌套，但它的串行化是全局性的，而do_IRQ()是针对某一个通道的串行化；为此增设了一个新的机制softirq；而softirq字面意思是软中断的意思，它是“硬中断服务程序”针对内核的中断，而信号（也是用户空间定义的软中断，要根据上下文来加以区分）是内核（或其他进程）针对某个进程的中断，而硬中断通常是外部设备对CPU的中断；

（3）系统初始化时通过softirq_init()对内核的软中断机制进行初始化；软中断本身是一种机制，它是一个框架，它包含一个TASKLET_SOFTIRQ，被称为tasklet机制，还有NET_TX_SOFTIRQ和NET_TX_SOFTIRQ两种软中断是为网络操作而设置的；softirq_init()只对TASKLET_SOFTIRQ和HI_SOFTIRQ两种软中断进行初始化的
；

（4）tasklet_struct没有bh那样严格的串行化；不同的CPU都可执行不同的tasklet；一个tasklet_struct代表一个tasklet；func指向其服务程序；bh也是使用这个结构体，只要加严格的限制，就可到到达原始bh的目的了；

（5）bh_task_vec[]中包含32个tasklet_struct，在tasklet_init全部指向bh_action()；对于TASKLET_SOFTIRQ和HI_SOFTIRQ是通过open_softirq()来初始化的；

（6）在open_softirq()中，设置一软中断号为下标的softirq_vec[](全局变量），所以各个CPU看到是相同的，但各个CPU都有自己的以CPU编号的irq_stat[cpu_nums]（软中断控制/状态结构）,并设置TASKLET_SOFTIRQ和HI_SOFTIRQ的处理程序tasklet_action()和tasklet_hi_action()；

（7）tasklet_hi_vec[]就是每一个CPU的tasklet_struct结构的队列头；具体的bh_action()是由init_bh()来设置的，用相应的bh向量（如TIMER_BH），和内核内置的time_bh来设置的；当需要执行一个特定的bh函数时，可以通过一个inline函数mark_bh()提出请求，后会调用tasklet_hi_schedule()来找到相应的的tasklet_struct结构（bh_task_vec+br）；

（8）在tasklet_hi_schedule()中，先通过smp_processor_id()找到CPU的编号，取对应编号的tasklet_hi_vec[num].list队列头，将上述的tasklet_struct结构列入该队列，使得他同一时间内只能在一个CPU上执行，如果已经执行是不会链入的；通过__cpu_raise_softirq()正式发出软中断请求，从而设置irq_stat[cpu_nums]（软中断控制/状态结构）；

（9）内核在do_IRQ()曾经有检查它的条件，看是否要执行do_softirq的情况；系统调用返回执行时也会有所检查；在do_softirq()中，首先判断是否有硬中断程序和软中断程序在执行，用in_interrupt()来检测，这个串行化措施；只有这一个关卡，因此不同的CPU可以执行不同的软中断程序；

（10）如果执行的是bh_action()，则就会有第二条关卡，有防止了一次硬中断程序的调用，接下来是单CPU的互斥测试，成功后就执行先前设置的bh_base[nr]()；而在tasklet_struction()中没有这样的设置；