softirq、tasklet、workqueue之间的区别

上下文

处理器总处于以下状态中的一种：
１、内核态，运行于进程上下文，内核代表进程运行于内核空间；
２、内核态，运行于中断上下文，内核代表硬件运行于内核空间；
３、用户态，运行于用户空间。

上下文：上下文简单说来就是一个环境，相对于进程而言，就是进程执行时的环境。具体来说就是各个变量和数据，包括所有的寄存器变量、进程打开的文件、内存信息等。

用户空间的应用程序，通过系统调用，进入内核空间。这个时候用户空间的进程要传递很多变量、参数的值给内核，内核态运行的时候也要保存用户进程的一些寄存器值、变量等。所谓的“进程上下文”，可以看作是用户进程传递给内核的这些参数以及内核要保存的那一整套的变量和寄存器值和当时的环境等。

硬件通过触发信号，导致内核调用中断处理程序，进入内核空间。这个过程中，硬件的一些变量和参数也要传递给内核，内核通过这些参数进行中断处理。所谓的“中断上下文”，其实也可以看作就是硬件传递过来的这些参数和内核需要保存的一些其他环境（主要是当前被打断执行的进程环境）

为什么分上下部？

与异常的区别，中断不需要考虑与处理器时钟同步，而异常在产生时必须考虑与处理器时钟同步。实际上，异常也常常称为同步中断。中断就是由硬件产生的异步中断(还有一些软中断)，而异常就是由处理器本身产生的同步中断。

上半部：上半部的功能是"登记中断"，当一个中断发生时，它进行相应地硬件读写后就把中断例程的下半部挂到该设备的下半部执行队列中去。因此，上半部执行的速度就会很快，可以服务更多的中断请求

下半部：下半部和上半部最大的不同是下半部是可中断的，而上半部是不可中断的，下半部几乎做了中断处理程序所有的事情，而且可以被新的中断打断！下半部则相对来说并不是非常紧急的，通常还是比较耗时的。

上半部是不可中断的，如果上半部的执行时间过长，那么CPU会一直在上半部执行，其他进程就无法进行执行，这样就会影响到其他进程的调度情况。因此，在linux中，上半部只会做一些简单的硬件信息的初始化，初始化一些必须要的资源，其他的比较耗时间，不需要立即处理的程式都会放到下半部去执行。

在下半部的实现机制：

软中断(softirq):软中断是利用硬件中断的概念，用软件方式进行模拟，实现宏观上的异步执行效果。很多情况下，软中断和"信号"有些类似，同时，软中断又是和硬中断相对应的，"硬中断是外部设备对CPU的中断"，"软中断通常是硬中断服务程序对内核的中断"。

软中断是在编译期间静态分配的。不像tasklet那样能被动态地注册或去除。软中断由softirq_action结构表示，定义在中：

structsoftirq_action{

void(*action)(struct softirq_action *); /*待执行的函数*/

void*data; /*传给函数的参数*/

};

kernel/softirq.c中定义了一个包含有32个该结构体的数组。

staticstruct softirq_action softirq_vec[32];

每个被注册的软中断都占据该数组的一项。因此最多可能有32个软中断

当前的2.6版内核中，有三种可能的选择：softirq、tasklet和work queue。 tasklet基于softirq实现，所以两者很相近。work queue与它们完全不同，它靠内核线程实现。

1、softirq

       软中断支持SMP，同一个softirq可以在不同的CPU上同时运行，softirq必须是可重入的。软中断是在编译期间静态分配的，它不像tasklet那样能被动态的注册或去除。kernel/softirq.c中定义了一个包含32个softirq_action结构体的数组。每个被注册的软中断都占据该数组的一项。因此最多可能有32个软中断。2.6版本的内核中定义了六个软中断：HI_SOFTIRQ、TIMER_SOFTIRQ、NET_TX_SOFTIRQ、NET_RX_SOFTIRQ、SCSI_SOFTIRQ、TASKLET_SOFTIRQ。

       软中断的特性：
       1).一个软中断不会抢占另外一个软中断。
       2).唯一可以抢占软中断的是中断处理程序。
       3).其他软中断(包括相同类型的)可以在其他的处理其上同时执行。
       4).一个注册的软中断必须在被标记后才能执行。
       5).软中断不可以自己休眠(即调用可阻塞的函数或sleep等)。
       6).索引号小的软中断在索引号大的软中断之前执行。

2、tasklet

      引入tasklet，最主要的是考虑支持SMP，提高SMP多个cpu的利用率；两个相同的tasklet决不会同时执行。tasklet可以理解为softirq的派生，所以它的调度时机和软中断一样。对于内核中需要延迟执行的多数任务都可以用tasklet来完成，由于同类tasklet本身已经进行了同步保护，所以使用tasklet比软中断要简单的多，而且效率也不错。tasklet把任务延迟到安全时间执行的一种方式，在中断期间运行，即使被调度多次，tasklet也只运行一次，不过tasklet可以在SMP系统上和其他不同的tasklet并行运行。在SMP系统上，tasklet还被确保在第一个调度它的CPU上运行，因为这样可以提供更好的高速缓存行为，从而提高性能。

       tasklet的特性：.不允许两个两个相同类型的tasklet同时执行，即使在不同的处理器上。

3、work queue

       如果推后执行的任务需要睡眠，那么就选择工作队列。另外，如果需要用一个可以重新调度的实体来执行你的下半部处理，也应该使用工作队列。它是唯一能在进程上下文运行的下半部实现的机制，也只有它才可以睡眠。这意味着在需要获得大量的内存时、在需要获取信号量时，在需要执行阻塞式的I/O操作时，它都会非常有用。work queue造成的开销最大，因为它要涉及到内核线程甚至是上下文切换。这并不是说work queue的低效，但每秒钟有数千次中断，就像网络子系统时常经历的那样，那么采用其他的机制可能更合适一些。 尽管如此，针对大部分情况工作队列都能提供足够的支持。

      工作队列特性：
      1).工作队列会在进程上下文中执行！
      2).可以阻塞。(前两种机制是不可以阻塞的)
      3).可以被重新调度。(前两种只可以被中断处理程序打断)
      4).使用工作队列的两种形式：
             1>缺省工作者线程(works threads)
             2>自建的工作者线程
      5).在工作队列和内核其他部分之间使用锁机制就像在其他的进程上下文一样。
      6).默认允许响应中断。
      7).默认不持有任何锁。

4、softirq和tasklet共同点

       软中断和tasklet都是运行在中断上下文中，它们与任一进程无关，没有支持的进程完成重新调度。所以软中断和tasklet不能睡眠、不能阻塞，它们的代码中不能含有导致睡眠的动作，如减少信号量、从用户空间拷贝数据或手工分配内存等。也正是由于它们运行在中断上下文中，所以它们在同一个CPU上的执行是串行的，这样就不利于实时多媒体任务的优先处理。

5、总结

表 1. 对下半部的比较

下半部	上下文	顺序执行保障
软中断	中断	没有
Tasklet	中断	同类型不能同时执行
工作队列	进程	没有（和进程上下文一样被调度）

       简单地说，一般的驱动程序的编写者需要做两个选择。 首先，你是不是需要一个可调度的实体来执行需要推后完成的工作――从根本上来说，有休眠的需要吗？要是有，工作队列就是你的惟一选择。 否则最好用tasklet。要是必须专注于性能的提高，那么就考虑softirq。