1 前言
2 为什么需要tasklet？
- 2.1 基本的思考
- 2.2 对linux中的bottom half机制的思考
3 tasklet的基本原理
- 3.1 如何抽象一个tasklet
- 3.2 系统如何管理tasklet？
- 3.3 如何定义一个tasklet？
- 3.4 如何调度一个tasklet
- 3.5 在什么时机会执行tasklet？

1 前言

对于中断处理而言，linux将其分成了两个部分，一个叫做中断handler（top half），属于不那么紧急需要处理的事情被推迟执行，我们称之deferable task，或者叫做bottom half，。具体如何推迟执行分成下面几种情况：

1、推迟到top half执行完毕

2、推迟到某个指定的时间片（例如40ms）之后执行

3、推迟到某个内核线程被调度的时候执行

对于第一种情况，内核中的机制包括softirq机制和tasklet机制。第二种情况是属于softirq机制的一种应用场景（timer类型的softirq），在本站的时间子系统的系列文档中会描述。第三种情况主要包括threaded irq handler以及通用的workqueue机制，当然也包括自己创建该驱动专属kernel thread（不推荐使用）。本文主要描述tasklet这种机制，第二章描述一些背景知识和和tasklet的思考，第三章结合代码描述tasklet的原理。

注：本文中的linux kernel的版本是4.0

2 为什么需要tasklet？

2.1 基本的思考

我们的驱动程序或者内核模块真的需要tasklet吗？每个人都有自己的看法。我们先抛开linux kernel中的机制，首先进行一番逻辑思考。

将中断处理分成top half（cpu和外设之间的交互！！！，获取状态，ack状态，收发数据等）和bottom half（后段的数据处理）已经深入人心，对于任何的OS都一样，将不那么紧急的事情推迟到bottom half中执行是OK的，具体如何推迟执行分成两种类型：有具体时间要求的（对应linux kernel中的低精度timer和高精度timer）和没有具体时间要求的。对于没有具体时间要求的又可以分成两种：

（1）越快越好型，这种实际上是有性能要求的，除了中断top half可以抢占其执行，其他的进程上下文（无论该进程的优先级多么的高）是不会影响其执行的，一言以蔽之，在不影响中断延迟的情况下，OS会尽快处理。

（2）随遇而安型。这种属于那种没有性能需求的，其调度执行依赖系统的调度器。

本质上讲，越快越好型的bottom half不应该太多，而且tasklet的callback函数不能执行时间过长，否则会产生进程调度延迟过大的现象，甚至是非常长而且不确定的延迟，对real time的系统会产生很坏的影响。

2.2 对linux中的bottom half机制的思考

在linux kernel中，“越快越好型”有两种，softirq和tasklet，“随遇而安型”也有两种，workqueue和threaded irq handler。“越快越好型”能否只留下一个softirq呢？对于崇尚简单就是美的程序员当然希望如此。为了回答这个问题，我们先看看tasklet对于softirq而言有哪些好处：

（1）tasklet可以动态分配，也可以静态分配，数量不限。

（2）同一种tasklet在多个cpu上也不会并行执行，这使得程序员在撰写tasklet function的时候比较方便，减少了对并发的考虑（当然损失了性能）。

对于第一种好处，其实也就是为乱用tasklet打开了方便之门，很多撰写驱动的软件工程师不会仔细考量其driver是否有性能需求就直接使用了tasklet机制。对于第二种好处，本身考虑并发就是软件工程师的职责。因此，看起来tasklet并没有引入特别的好处，而且和softirq一样，都不能sleep，限制了handler撰写的方便性，看起来其实并没有存在的必要。在4.0 kernel的代码中，grep一下tasklet的使用，实际上是一个很长的列表，只要对这些使用进行简单的归类就可以删除对tasklet的使用。对于那些有性能需求的，可以考虑并入softirq，其他的可以考虑使用workqueue来取代。Steven Rostedt试图进行这方面的尝试（ http://lwn.net/Articles/239484/ ），不过这个patch始终未能进入main line。

3 tasklet的基本原理

3.1 如何抽象一个tasklet

内核中用下面的数据结构来表示tasklet：

[include/linux/interrupt.h]
struct tasklet_struct 
{ struct tasklet_struct *next; unsigned long state; atomic_t count; void (*func)(unsigned long); unsigned long data; 
};

每个cpu都会维护一个链表(！！！)，将本cpu需要处理的tasklet管理起来，next这个成员指向了该链表中的下一个tasklet。func和data成员描述了该tasklet的callback函数，func是调用函数，data是传递给func的参数。state成员表示该tasklet的状态，TASKLET_STATE_SCHED表示该tasklet已经被调度到某个CPU上执行，TASKLET_STATE_RUN表示该tasklet正在某个cpu上执行。count成员是和enable或者disable该tasklet的状态相关，如果count等于0那么该tasklet是处于enable的，如果大于0，表示该tasklet是disable的。在softirq文档中，我们知道local_bh_disable/enable函数就是用来disable/enable bottom half(！！！所有softirq和tasklet！！！)的，这里就包括softirq和tasklet。但是，有的时候内核同步的场景不需disable所有的softirq和tasklet，而仅仅是disable该tasklet，这时候，tasklet_disable和tasklet_enable就派上用场了。

static inline void tasklet_disable(struct tasklet_struct *t) 
{ tasklet_disable_nosync(t);－－－－－－－给tasklet的count加一 tasklet_unlock_wait(t);－－－－－如果该tasklet处于running状态，那么需要等到该tasklet执行完毕 smp_mb(); 
}static inline void tasklet_enable(struct tasklet_struct *t) 
{ smp_mb__before_atomic(); atomic_dec(&t->count);－－－－－－－给tasklet的count减一 
}

tasklet_disable和tasklet_enable支持嵌套，但是需要成对使用。

3.2 系统如何管理tasklet？

系统中的每个cpu都会维护一个tasklet的链表(！！！)，定义如下：

static DEFINE_PER_CPU(struct tasklet_head, tasklet_vec); 
static DEFINE_PER_CPU(struct tasklet_head, tasklet_hi_vec);

linux kernel中，和tasklet相关的softirq有两项，HI_SOFTIRQ用于高优先级的tasklet，TASKLET_SOFTIRQ用于普通的tasklet。对于softirq而言，优先级就是出现在softirq pending register（__softirq_pending）中的先后顺序(！！！)，位于bit 0拥有最高的优先级，也就是说，如果有多个不同类型的softirq同时触发，那么执行的先后顺序依赖在softirq pending register的位置，kernel总是从右向左依次判断是否置位，如果置位则执行。HI_SOFTIRQ占据了bit 0，其优先级甚至高过timer，需要慎用（实际上，我grep了内核代码，似乎没有发现对HI_SOFTIRQ的使用）。当然HI_SOFTIRQ和TASKLET_SOFTIRQ的机理是一样的，因此本文只讨论TASKLET_SOFTIRQ，大家可以举一反三。

3.3 如何定义一个tasklet？

你可以用下面的宏定义来静态定义tasklet：

#define DECLARE_TASKLET(name, func, data) \ 
struct tasklet_struct name = { NULL, 0, ATOMIC_INIT(0), func, data }#define DECLARE_TASKLET_DISABLED(name, func, data) \ 
struct tasklet_struct name = { NULL, 0, ATOMIC_INIT(1), func, data }

这两个宏都可以静态定义一个struct tasklet_struct的变量，只不过初始化后的tasklet一个是处于eable状态，一个处于disable状态的。当然，也可以动态分配tasklet，然后调用tasklet_init来初始化该tasklet。

3.4 如何调度一个tasklet

为了调度一个tasklet执行，我们可以使用tasklet_schedule这个接口：

static inline void tasklet_schedule(struct tasklet_struct *t) 
{ if (!test_and_set_bit(TASKLET_STATE_SCHED, &t->state)) __tasklet_schedule(t); 
}

程序在多个上下文中可以多次调度同一个tasklet执行（也可能来自多个cpu core），不过实际上该tasklet只会一次挂入首次调度到的那个cpu的tasklet链表(！！！)，也就是说，即便是多次调用tasklet_schedule，实际上tasklet只会挂入一个指定CPU的tasklet队列中（而且只会挂入一次），也就是说只会调度一次执行。这是通过TASKLET_STATE_SCHED这个flag来完成的，我们可以用下面的图片来描述：

config

我们假设HW block A的驱动使用的tasklet机制并且在中断handler（top half！！！）中将静态定义的tasklet（这个tasklet是各个cpu共享的，不是per cpu的）调度执行（也就是调用tasklet_schedule！！！函数）。当HW block A检测到硬件的动作（例如接收FIFO中数据达到半满）就会触发IRQ line上的电平或者边缘信号，GIC检测到该信号会将该中断分发给某个CPU执行其top half handler(！！！)，我们假设这次是cpu0，因此该driver的tasklet被挂入CPU0对应的tasklet链表！！！（tasklet_vec）并将state的状态设定为TASKLET_STATE_SCHED。HW block A的驱动中的tasklet虽已调度，但是没有执行(！！！)，如果这时候，硬件又一次触发中断并在cpu1上执行top handler！！！，虽然tasklet_schedule函数被再次调用，但是由于TASKLET_STATE_SCHED已经设定，因此不会(！！！)将HW block A的驱动中的这个tasklet挂入cpu1的tasklet链表中。

下面我们再仔细研究一下底层的__tasklet_schedule函数：

void __tasklet_schedule(struct tasklet_struct *t) 
{ unsigned long flags;local_irq_save(flags);－－－－（1） t->next = NULL;－－－－（2） *__this_cpu_read(tasklet_vec.tail) = t; __this_cpu_write(tasklet_vec.tail, &(t->next)); raise_softirq_irqoff(TASKLET_SOFTIRQ);－－－－（3） local_irq_restore(flags); 
}

（1）下面的链表操作是per-cpu的，因此这里禁止本地中断就可以拦截所有的并发。

（2）这里的三行代码就是将一个tasklet挂入链表的尾部

（3）raise TASKLET_SOFTIRQ类型的softirq。

3.5 在什么时机会执行tasklet？

上面描述了tasklet的调度，当然调度tasklet不等于执行tasklet(！！！)，系统会在适合的时间点执行tasklet callback function。由于tasklet是基于softirq的，因此，我们首先总结一下softirq的执行场景：

（1）在中断返回用户空间（进程上下文）的时候，如果有pending的softirq，那么将执行该softirq的处理函数。这里限定了中断返回用户空间也就是意味着限制了下面两个场景的softirq被触发执行：

（a）中断返回hard interrupt context，也就是中断嵌套的场景

（b）中断返回software interrupt context，也就是中断抢占软中断上下文的场景

（2）上面的描述缺少了一种场景：中断返回内核态的进程上下文的场景，这里我们需要详细说明。进程上下文中调用local_bh_enable的时候，如果有pending的softirq，那么将执行该softirq的处理函数。由于内核同步的要求，进程上下文中有可能会调用local_bh_enable/disable来保护临界区。在临界区代码执行过程中，中断随时会到来，抢占该进程（内核态）的执行（注意：这里只是disable了bottom half，没有禁止中断！！！）。在这种情况下，中断返回的时候是否会执行softirq handler呢？当然不会，我们disable了bottom half的执行，也就是意味着不能执行softirq handler，但是本质上bottom half应该比进程上下文有更高的优先级(！！！)，一旦条件允许，要立刻抢占进程上下文(！！！)的执行，因此，当立刻离开临界区，调用local_bh_enable的时候，会检查softirq pending，如果bottom half处于enable的状态，pending的softirq handler会被执行。

（3）系统太繁忙了，不过的产生中断，raise softirq，由于bottom half的优先级高，从而导致进程无法调度执行。这种情况下，softirq会推迟到softirqd这个内核线程中去执行。

对于TASKLET_SOFTIRQ类型的softirq，其handler是tasklet_action，我们来看看各个tasklet是如何执行的：

static void tasklet_action(struct softirq_action *a) 
{ struct tasklet_struct *list;local_irq_disable();－－－－－－－－－－（1） list = __this_cpu_read(tasklet_vec.head); __this_cpu_write(tasklet_vec.head, NULL); __this_cpu_write(tasklet_vec.tail, this_cpu_ptr(&tasklet_vec.head)); local_irq_enable();while (list) {－－－－－－－－－遍历tasklet链表 struct tasklet_struct *t = list;list = list->next;if (tasklet_trylock(t)) {－－－－－－－－（2） if (!atomic_read(&t->count)) {－－－－－－（3） if (!test_and_clear_bit(TASKLET_STATE_SCHED, &t->state)) BUG(); t->func(t->data); tasklet_unlock(t); continue;－－－－－处理下一个tasklet } tasklet_unlock(t);－－－－清除TASKLET_STATE_RUN标记 }local_irq_disable();－－－－－－－（4） t->next = NULL; *__this_cpu_read(tasklet_vec.tail) = t; __this_cpu_write(tasklet_vec.tail, &(t->next)); __raise_softirq_irqoff(TASKLET_SOFTIRQ); －－－－－－再次触发softirq，等待下一个执行时机 local_irq_enable(); } 
}

（1）从本cpu的tasklet链表中取出全部的tasklet，保存在list这个临时变量中，同时重新初始化本cpu的tasklet链表，使该链表为空。由于bottom half是开中断执行的，因此在操作tasklet链表的时候需要使用关中断保护

（2）tasklet_trylock主要是用来设定该tasklet的state为TASKLET_STATE_RUN，同时判断该tasklet是否已经处于执行状态，这个状态很重要，它决定了后续的代码逻辑。

static inline int tasklet_trylock(struct tasklet_struct *t) 
{ return !test_and_set_bit(TASKLET_STATE_RUN, &(t)->state); 
}

你也许会奇怪：为何这里从tasklet的链表中摘下一个本cpu要处理的tasklet list，而这个list中的tasklet已经处于running状态了，会有这种情况吗？会的，我们再次回到上面的那个软硬件结构图。同样的，HW block A的驱动使用的tasklet机制并且在中断handler（top half）中将静态定义的tasklet 调度执行。HW block A的硬件中断首先送达cpu0处理，因此该driver的tasklet被挂入CPU0对应的tasklet链表并在适当的时间点上开始执行该tasklet。这时候，cpu0的硬件中断又来了，该driver的tasklet callback function被抢占，虽然tasklet仍然处于running状态。与此同时，HW block A硬件又一次触发中断并在cpu1上执行，这时候，该driver的tasklet处于running状态，并且TASKLET_STATE_SCHED已经被清除，因此，调用tasklet_schedule函数将会使得该driver的tasklet挂入cpu1的tasklet链表中。由于cpu0在处理其他硬件中断，因此，cpu1的tasklet后发先至，进入tasklet_action函数调用，这时候，当从cpu1的tasklet摘取所有需要处理的tasklet链表中，HW block A对应的tasklet实际上已经是在cpu0上处于执行状态了。

我们在设计tasklet的时候就规定，同一种类型的tasklet只能在一个cpu上执行，因此tasklet_trylock就是起这个作用的。

（3）检查该tasklet是否处于enable状态，如果是，说明该tasklet可以真正进入执行状态了。主要的动作就是清除TASKLET_STATE_SCHED状态，执行tasklet callback function。

（4）如果该tasklet已经在别的cpu上执行了，那么我们将其挂入该cpu的tasklet链表的尾部，这样，在下一个tasklet执行时机到来的时候，kernel会再次尝试执行该tasklet，在这个时间点，也许其他cpu上的该tasklet已经执行完毕了。通过这样代码逻辑，保证了特定的tasklet只会在一个cpu上执行，不会在多个cpu上并发。

查看全文
如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系编程学习网邮箱：809451989@qq.com进行投诉反馈，一经查实，立即删除！

14. 中断唤醒系统流程
1 前言 2 中断唤醒流程2.1 enable_irq_wake 2.2 Suspend to RAM流程 2.3 resume流程 2.4 system core operations有什么用？ 2.5 gic interrupt controller中断执行流程 2.6 dpm_resume_noirq()1 前言曾几何时，不知道你是否想过外部中断是如何产生的呢？又是如何唤醒系统的呢…...
2024/4/29 10:33:29
HTTPS工作原理
当你打开浏览器，访问某个网站，如果网址旁有个小锁，代表访问的网址是安全的，反之不安全。当我们没有看到那个小锁的小图标的时候，需要提高警惕，不要随意输入个人重要的资料。所有的银行和支付相关的网站都是 100% 使用 HTTPS 的。为什么需要 HTTPS？我们为什么需要 HTTPS？…...
2024/4/24 9:46:47
开始好好学习开始写博客吧
总之开始试着写一下学习博客，希望能有所收获浑浑噩噩几年，感觉自己没学到什么东西，疫情期间在家学习实在是没有自觉。咬牙努力下，开始学着写一下博客，记录下接下来的变成学习生活。博客内容：平时作业学到的内容（当一个笔记本）、前端学习（目标）、课余感兴趣的知识记…...
2024/4/28 12:48:08
5月份Github上最热门的开源项目，已经新鲜出炉了！！
5月份GitHub上最热门的开源项目排行已经出炉啦，一起来看看上榜详情吧： 1，deno https://github.com/denoland/deno Star 61499 Deno 是 V8 上的安全 TypeScript 运行时。部分特性如下：支持 TypeScript 2.8 开箱即用，使用 V8 6.8.275.3 引擎无 package.json、npm，不追求兼…...
2024/5/2 16:05:51
Android Studio开发APP过程中发现的优质参考博客
作为一个应届毕业生，完成了两个APP的创作之后，现在开始管理收藏夹，所以将收藏夹的文章转移到此处。显然不是全部搜索的文章，在学习过程中你会搜索很多很多很多很多的文章，然后进行信息筛选和综合。这里只是冰山一角，还有一些确实很优秀但是内容比较精炼，被我吃透之后就…...
2024/4/16 9:47:16
Capsule Network Performance on Complex Data 翻译
1. 简介近年来，卷积神经网络（CNN）在深度学习领域中发挥了重要作用。事实证明，CNN的变体在跨不同领域的分类任务中非常成功。但是，CNN的主要缺点有两个：无法考虑要素之间的重要空间层次结构以及缺乏旋转不变性[1]。只要在测试数据中存在某个对象的某些关键特征，CNN便会将…...
2024/4/16 9:47:36
一文搞懂nmcli不能tab补全和全部使用方法
文章目录nmcli命令无法tab补全解决方案nmcli说明注意事项nmcli命令合集查看合集添加网络连接参数介绍合集添加单网卡实例修改网络连接单项参数介绍合集修改已经配置好的参数测试激活禁用删除等介绍合集总结测试实例添加单网卡实例nmcli做一个team双网卡绑定（链路聚合） nmcli…...
2024/4/16 9:48:13
由文章中英文字母出现频率分析破解密文
原题：使用频率分析法，尝试破译密文： WB WI KJB MK RMIT BMIQ BJ RASHMWK RMVP YJERYRKB MKD WBI IWOKWXWVMKVR MKDIJYR YNIB URYMWK NKRASHMWKRD BJ OWER M VJYSHRBR RASHMKMBWJK JKR CJNHD PMER BJ LR FNMHWXWRD MKD WKISWURD BJ INVP MK RABRKB BPMB PR VJNHD URMVP BP…...
2024/4/18 5:30:02
C++设计模式——单例模式(Singleton Pattern)
C++设计模式——单例模式(Singleton Pattern)微信公众号：幼儿园的学霸目录文章目录C++设计模式——单例模式(Singleton Pattern)目录定义代码示例懒汉模式线程/内存不安全方式智能指针+双检锁模式和智能指针+call_once模式局部静态变量模式饿汉模式总结参考资料定义单例模式…...
2024/4/15 6:03:04
Vue基础学习
到公司第一天，把快遗忘的vue再看一遍官网的文档。 Vue.js是什么？ Vue.js是一套用于构建用户界面的渐进式框架。声明式渲染下面展示一些内联代码片。 <div id="app"> {{mesage}} </div>var app = new Vue({el:#app,data:{message:Hello Vue!} })结果…...
2024/4/16 9:48:23
人人都是产品经理2.0-01章摘要总结
人人都是产品经理2.0-01章摘要总结1.1从一个小故事谈起（伪需求）1.2产品经理的前世今生1.3思维方式与性格特点1.3.1从学生到职场1.3.2从用户到产品经理1.3.3从现象到本质1.3.4还有什么性格特质是加分项1.4产品经理的日常1.5延伸阅读与练习 1.1从一个小故事谈起（伪需求）反映出…...
2024/4/19 8:56:40
实验三面向对象（上）
实验目的： 1．了解类的成员设计。 2．掌握类与对象的关系。 3. 掌握构造方法的重载及调用、掌握static关键字的、this关键字。 4.了解内部类的特点及使用。实验内容： 1.编写Java应用程序，定义时钟类Clock，包含3个int型成员变量hour，minute，second，分别表示时，分，秒，…...
2024/4/24 9:46:45
三、Linux进阶——Apache（web服务器部署）
1. Apache的作用在web被访问时通常使用http://方式 http:// 文本传输协议 http:// 超文本传输协议提供软件： Apache：目前主流 nginx：轻量级 stgw：腾讯 jfe：京东 Tengine：阿里巴巴 2. Apache的安装 dnf install httpd.x86_64 -y3. Apache的启用 1、启用Apache，并设定…...
2024/4/24 9:46:44
部署一套完整的Kubernetes高可用集群（上）
部署一套完整的Kubernetes高可用集群（上）原创阿良 DevOps技术栈今天目录[-]一、前置知识点1.1 生产环境可部署Kubernetes集群的两种方式目前生产部署Kubernetes集群主要有两种方式：kubeadmKubeadm是一个K8s部署工具，提供kubeadm init和kubeadm join，用于快速部署Kuberne…...
2024/4/24 9:46:44
redux4 - 处理有多个 reducer时如何合并，以及实现 combineReducers
参考源码redux仓库 redux原则之一就是单一性，即状态，仓库，reducer都是唯一的，但在组件式的技术开发中，为了好管理状态，通常一个组件，或嵌套组件对应一个 reducer，最后再合并成一个大的reducer代码太多，请参考演示代码代码演示两个组件的都有各自的组件状态，怎么进行…...
2024/4/24 9:46:42
【华为云技术分享】低代码开发平台发展趋势：低代码——炒作还是趋势？
在《人月神话》的开篇提到焦油坑，没有别的场景比巨兽在焦油坑中垂死挣扎的场面更令人震撼。上帝见证着恐龙、猛犸象、剑齿虎在焦油中挣扎。他们挣扎的越是猛烈，焦油纠缠的越紧，没有任何猛兽足够壮烈或具有足够的技巧，能够挣扎束缚，他们最后都沉到了坑底。大型软件系统开发…...
2024/4/24 9:46:41
UNSW 第五学期总结
我真是服了，老遇上百年未有之变局，先是建校以来第一次改成了三学期制，现在又遇上全球疫情。人生，刺激啊。这学期最大的问题就是，由于校内所有建筑尽数封闭，我完全找不到一个自习的地方，之前所总结的：千万不能在宿舍里学习，哦豁，其解决方案直接作废。现在只能在宿舍里…...
2024/4/24 9:46:40
对后疫情时代数字资产投资策略思考
对后疫情时代数字资产投## 标题对后疫情时代数字资产投资策略思考全球正在面临一次压力测试，各行各业面临严峻考验，对任何数字化技术和数字化行业都是“危中有机”的，区块链也不例外。在各个社区，关于后疫情时代数字资产投资策略的讨论总是热点问题。 “疫情是否会对区块…...
2024/4/24 9:46:39
超炫酷的可视化，大屏数据展示组件库-dataV组件库，“react-vue -组件库”
对可视化有所了解的应该都知道，某云平台的一款datav大屏可视化的工具，作者前年买了个个人版的，直接在页面上拖住就可以了确实很强。最近平台发来邮件，说我的个人版datav到期了，本来想续租，发现之前的个人版下架了，只剩下企业版、专业版、至尊版，最便宜的企业版一年4800…...
2024/5/5 5:12:04
记录一下toDataURL的坑
Failed to execute ‘toDataURL’ on ‘HTMLCanvasElement’ 项目中有个需求,将当前页面的部分内容做成pdf导出,于是使用了JsPDF和html2Canvas,然而发现导出的时候报了一行错误查阅发现是跨域的问题,但其实是自己在本地测试的原因然后访问外网服务器,发现可以正常导出,太坑了,日…...
2024/4/24 9:46:40

9. tasklet[有完整中断(包括top和bottom half)调用示例]