深入理解Linux的软中断和tasklet机制 (linux 软中断和tasklet)

Linux操作系统是一个开源的、自由的操作系统，有着非常快的发展速度和庞大的用户群体。Linux内核是操作系统的核心部分，它负责管理和分配计算机系统硬件资源、文件操作、进程管理、内存管理等操作系统的基本功能。而在内核中，软中断和tasklet机制则是非常重要的机制。

软中断和tasklet机制是内核中的两种软件任务处理机制。软中断是Linux内核提供的一种异步处理机制，用于快速完成一些需要在中断上下文中完成的工作，例如网络数据包处理、调度等等。tasklet机制是一种软中断的高级别抽象，可以在软中断上下文中执行的任务，通常用于非常高优先级的任务。在这篇文章中，我们将深入了解软中断和tasklet机制的实现原理和用法。

一、 软中断

软中断是一种特殊的中断机制，相比硬件中断，软中断并不是来自于硬件设备的中断请求，而是由内核自主发起，在内核中进行异步处理，以便更快的响应和处理某些事件。软中断是内核中的一段可重入代码，由内核启动并读取一个环形链表，这个链表中记录了需要进行延迟处理的任务。当内核的一个函数需要在中断上下文中运行时，就会调用softirq_rse()函数来把这个软中断激活。

软中断是由中断处理程序运行的，但他的开销较硬中断要小很多。一是数字中断需要硬件设备才能触发，软中断由内核程序发起，不需要硬件支持；二是硬中断禁止了所有中断，软中断通过调用local_irq_disable()和local_irq_save()函数禁用本地中断，从而避免了对所有中断的禁用。

Linux内核提供了软中断处理程序的机制，通过在内核代码中编写处理函数，将这些函数注册进入内核的软中断处理函数链表中，当任何一个内核代码发现软中断应该被处理时，都可以调用该函数。

二、tasklet机制

tasklet机制是Linux中实现高优先级软件任务处理的一种机制，相较于软中断，tasklet机制虽然在响应时间上更慢，但在CPU负载高的情况下却显得更加稳健。tasklet是一种轻量级的工作队列，仅仅是一个函数指针，处理函数不直接被调用，而是在tasklet上下文中处理。

tasklet可以分为两种类型：普通tasklet 和 有条件的tasklet。普通的tasklet一旦被调度就会一直执行，知道处理操作完成，而有条件的tasklet可以执行一次停止以适应更高的负载。

tasklet通常用于处理上下文，即在中断服务例程中调用的函数。这些函数通常不能直接执行高优先级的操作，因为它被谨慎地调用。在tasklet上下文中，tasklet所指向的处理函数是以禁止硬件中断的形式运行的，确保了高优先级函数的安全执行。

三、 结论

软中断和tasklet机制是Linux操作系统中两种非常重要的机制。软中断通常用于快速完成需要在中断上下文中完成的工作，而tasklet机制则是一种软中断的高级别抽象，常常用于高优先级任务的处理。

软中断和tasklet机制为Linux提供了响应快速和高效的基础，为Linux操作系统的稳定性和可靠性提供了坚实的支撑。对于应用开发者和系统管理员来说，深入理解这两个机制的实现原理和用法，对于提高应用的性能和优化系统效率都非常有益。

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• Linux内核空间内存动态申请？

Linux内核空间内存动态申请？

在Linux内核空间中申请内存涉及的函数主要包括kmalloc () 、_get_free _pages ()和vmalloc(等。kmalloc()和_get_free pages ()(及其类似函数）申请的内存位于DMA和常规区域的映射区，而且在物理上也是连续的，它们与真实的物理地址只有一个固定的偏移，因此存在较简单的转换关系。而vmalloc()在虚拟内存空间给出一块连续的内存区，实质上，这片连续的虚拟内存在物理内存中并不一定连续，而vmalloc (）申请的虚拟内存和物理内存之间也没有简单的换算关系。

1.kmalloc ( )

给kmalloc() 的之一个参数是要分配的块的大小;第袜伍燃二个参数为分配标告虚志，用于控制kmalloc ()的行为。最常用的分配标志是GFP_KERNEL，其含义是在内核空间的进程中申请内存。kmalloc ()的底层依赖于_get_free pages ()来实现，分配标志的前缀GFP正好是这个底层函数的缩写。使用GFP_KERNEL标志申请内存时，若暂时不能满足，则进程会睡眠等待页，即会引起阻塞，因此不能在中断上下文或持有自旋锁的时候使用GFP_KERNE申请内存。由于在中断处理函数、tasklet和内核定时器等非进程上下文中不能阻塞，所以此时驱动应当使用GFP_ATOMIC标志来申请内存。当使用GFP_ATOMIC标志申请内存时，若不存在空闲页，则不等待，直接返回。

其他的申请标志还包括GFP_USER(用来为用户空间页分配内存，可能阻塞）、GFP_HIGHUSER（类似GFP_USER，但是它从高端内存分配)、GFP_DMA（从DMA区域分配内存)、GFP_NOIO（不允许任何IO初始化)、GFP_NOFS（不允许进行任何文件系统调用）、__GFP_ HIGHMEM（指示分配的内存可以位于高端内存)、__(GFP COLD（请求一个较长时间不访问的页)、_GFP_NOWARN(当一个分配无法满足时，阻止内核发出警橘首告)、_GFP_HIGH(高优先级请求，允许获得被内核保留给紧急状况使用的最后的内存页）、GFP_REPEAT（分配失败，则尽力重复尝试)、_GFP_NOFAIL(标志只许申请成功，不推荐）和__GFPNORETRY（若申请不到，则立即放弃)等。

使用kmalloc()申请的内存应使用kfree()释放，这个函数的用法和用户空间的free()类似。

2._get_free_pages ()

_get_free pages ()系列函数/宏本质上是Linux内核更底层用于获取空闲内存的方法，因为底层的buddy算法以2n页为单位管理空闲内存，所以更底层的内存申请总是以2n页为单位的。

get_free _pages (）系列函数/宏包括get_zeroed _page () 、_get_free_page ()和get_free pages () 。

__get_free_pages(unsigned int flags, unsigned int order) 该函数可分配多个页并返回分配内存的首地址，分配的页数为2order，分配的页也不清零。order允许的更大值是10（即1024页）或者11（即2023页），这取决于具体的硬件平台。

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