Linux RT(2)-硬实时Linux(RT-Preempt Patch)的中断线程化

简介:

特别声明:本系列文章LiAnLab.org著作权所有,转载请注明出处。by  @宋宝华Barry

底半部:线程化IRQ

线程化中断的支持在2009年已经进入Linux官方内核,详见Thomas Gleixner的patch:

http://git.kernel.org/?p=linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git;a=commit;h=3aa551c9b4c40018f0e261a178e3d25478dc04a9

该patch提供一个能力,驱动可以通过

int request_threaded_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler,
                         irq_handler_t thread_fn, unsigned long irqflags,
                         const char *devname, void *dev_id)

申请一个线程化的IRQ,kernel会为中断的底半部创建一个名字为irq/%d-%s的线程,%d对应着中断号。其中顶半部(硬中断)handler在做完必要的处理工作之后,会返回IRQ_WAKE_THREAD,之后kernel会唤醒irq/%d-%s线程,而该kernel线程会调用thread_fn函数,因此,该线程成为底半部。在后续维护的过程中,笔者曾参与进一步完善该功能的讨论,后续patch包括nested、oneshot等的支持,详见patch:

http://git.kernel.org/?p=linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git;a=commit;h=399b5da29b9f851eb7b96e2882097127f003e87c

http://git.kernel.org/?p=linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git;a=commit;h=70aedd24d20e75198f5a0b11750faabbb56924e2

http://git.kernel.org/?p=linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git;a=commit;h=b25c340c195447afb1860da580fe2a85a6b652c5

该机制目前在kernel中使用已经十分广泛,可以认为是继softirq(含tasklet)和workqueue之后的又一大中断底半部方式。

顶半部:强制线程化

在使能Linux RT-Preempt后,默认情况下会强制透过request_irq()申请的IRQ的顶半部函数在线程中执行,我们都知道request_irq的原型为:

static inline int __must_check
request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags,
            const char *name, void *dev)
{                        
        return request_threaded_irq(irq, handler, NULL, flags, name, dev);
}      

这意味着通过request_irq()申请的IRQ,在没有Rt-Preepmt的情况下,kernel并不会为其创建irq线程,因为它在最终调用request_threaded_irq()的时候传递的thread_fnNULL

如果使能了RT-Preempt Patch的情况下,其中的genirq-force-threading.patch会强制ARM使用threaded irq:

Index: linux-stable/arch/arm/Kconfig
===================================================================
--- linux-stable.orig/arch/arm/Kconfig
+++ linux-stable/arch/arm/Kconfig
@@ -40,6 +40,7 @@ config ARM
        select GENERIC_IRQ_SHOW
        select ARCH_WANT_IPC_PARSE_VERSION
        select HARDIRQS_SW_RESEND
+       select IRQ_FORCED_THREADING
        select CPU_PM if (SUSPEND || CPU_IDLE)
        select GENERIC_PCI_IOMAP
        select HAVE_BPF_JIT

在RT-Preempt Patch中,会针对使能了IRQ_FORCED_THREADING的情况,对这一原先没有线程化IRQ的case进行强制线程化,代码见__setup_irq():

 887 static int
 888 __setup_irq(unsigned int irq, struct irq_desc *desc, struct irqaction *new)
 889 {
 890         ...
 903 
 904         /*
 905          * Check whether the interrupt nests into another interrupt
 906          * thread.
 907          */
 908         nested = irq_settings_is_nested_thread(desc);
 909         if (nested) {
 910                 ...
 920         } else {
 921                 if (irq_settings_can_thread(desc))
 922                         irq_setup_forced_threading(new);
 923         }
 925         /*
 926          * Create a handler thread when a thread function is supplied
 927          * and the interrupt does not nest into another interrupt
 928          * thread.
 929          */
 930         if (new->thread_fn && !nested) {
 931                 struct task_struct *t;
 932 
 933                 t = kthread_create(irq_thread, new, "irq/%d-%s", irq,
 934                                    new->name);
 935                 ...
 939                 /*
 940                  * We keep the reference to the task struct even if
 941                  * the thread dies to avoid that the interrupt code
 942                  * references an already freed task_struct.
 943                  */
 944                 get_task_struct(t);
 945                 new->thread = t;
 946         }

我们重点看一下其中的921行:

 867 static void irq_setup_forced_threading(struct irqaction *new)
 868 {
 869         if (!force_irqthreads)
 870                 return;
 871         if (new->flags & (IRQF_NO_THREAD | IRQF_PERCPU | IRQF_ONESHOT))
 872                 return;
 873 
 874         new->flags |= IRQF_ONESHOT;
 875 
 876         if (!new->thread_fn) {
 877                 set_bit(IRQTF_FORCED_THREAD, &new->thread_flags);
 878                 new->thread_fn = new->handler;
 879                 new->handler = irq_default_primary_handler;
 880         }
 881 }

第878行和879行,强制将原先的handler复制给thread_fn,而又强制把原来的handler变更为irq_default_primary_handler(),而这个函数,其实神马都不做,只是直接返回IRQ_WAKE_THREAD:

 613 /*
 614  * Default primary interrupt handler for threaded interrupts. Is
 615  * assigned as primary handler when request_threaded_irq is called
 616  * with handler == NULL. Useful for oneshot interrupts.
 617  */
 618 static irqreturn_t irq_default_primary_handler(int irq, void *dev_id)
 619 {
 620         return IRQ_WAKE_THREAD;
 621 }

第874的IRQF_ONESHOT就用到了我们前面说的oneshot功能。

所以,RT-Preempt实际上是把原先的顶半部底半部化了,而现在伪造了一个假的顶半部,它只是直接返回一个IRQ_WAKE_THREAD标记而已。

我们来看一下一个中断发生后,Linux RT-Preempt处理的全过程,首先是会跳到

arch/arm/kernel/entry-armv.S
arch/arm/include/asm/entry-macro-multi.S

中的汇编入口,再进入arm/kernel/irq.c下的asm_do_IRQ 、handle_IRQ,之后generic的handle_irq_event_percpu()被调用:

133 handle_irq_event_percpu(struct irq_desc *desc, struct irqaction *action)
134 {
135         irqreturn_t retval = IRQ_NONE;
136         unsigned int flags = 0, irq = desc->irq_data.irq;
137 
138         do {
139                 irqreturn_t res;
140 
141                 trace_irq_handler_entry(irq, action);
142                 res = action->handler(irq, action->dev_id);
143                 trace_irq_handler_exit(irq, action, res);
144 
145                 if (WARN_ONCE(!irqs_disabled(),"irq %u handler %pF enabled interrupts\n",
146                               irq, action->handler))
147                         local_irq_disable();
148 
149                 switch (res) {
150                 case IRQ_WAKE_THREAD:
151                         /*
152                          * Catch drivers which return WAKE_THREAD but
153                          * did not set up a thread function
154                          */
155                         if (unlikely(!action->thread_fn)) {
156                                 warn_no_thread(irq, action);
157                                 break;
158                         }
159 
160                         irq_wake_thread(desc, action);
161 
162                         /* Fall through to add to randomness */
163                 case IRQ_HANDLED:
164                         flags |= action->flags;
165                         break;
166 
167                 default:

我们关注其中的第142行,本质上是调用irq_default_primary_handler(),接到150行,由于 irq_default_primary_handler()返回了IRQ_WAKE_THREAD,因此,generic的中断处理流程会执行 irq_wake_thread(desc, action);去唤醒前面的irq/%d-%s线程,该线程的代码是

789 static int irq_thread(void *data)
 790 {
 791         static const struct sched_param param = {
 792                 .sched_priority = MAX_USER_RT_PRIO/2,
 793         };
 794         struct irqaction *action = data;
 795         struct irq_desc *desc = irq_to_desc(action->irq);
 796         irqreturn_t (*handler_fn)(struct irq_desc *desc,
 797                         struct irqaction *action);
 798 
 799         if (force_irqthreads && test_bit(IRQTF_FORCED_THREAD,
 800                                         &action->thread_flags))
 801                 handler_fn = irq_forced_thread_fn;
 802         else
 803                 handler_fn = irq_thread_fn;
 804 
 805         sched_setscheduler(current, SCHED_FIFO, ¶m);
 806         current->irq_thread = 1;
 807 
 808         while (!irq_wait_for_interrupt(action)) {
 809                 irqreturn_t action_ret;
 810 
 811                 irq_thread_check_affinity(desc, action);
 812 
 813                 action_ret = handler_fn(desc, action);
 814                 if (!noirqdebug)
 815                         note_interrupt(action->irq, desc, action_ret);
 816 
 817                 wake_threads_waitq(desc);
 818         }
 819 
 820         /*
 821          * This is the regular exit path. __fr

其中的813行会调用最终的被赋值给thread_fn的原来的handler,这样原来的中断顶半部就整个在irq_thread里面执行了,实现了所谓的顶半部的线程化

绕开顶半部线程化

当然,在使能了RT-Preempt的情况之下,我们仍然可以绕开顶半部线程化的过程,避免前面的强势变更,只需要申请中断的时候设置IRQ_NOTHREAD标志,如其中的patch:

Subject: arm: Mark pmu interupt IRQF_NO_THREAD
From: Thomas Gleixner <tglx@linutronix.de>
Date: Wed, 16 Mar 2011 14:45:31 +0100

PMU interrupt must not be threaded. Remove IRQF_DISABLED while at it
as we run all handlers with interrupts disabled anyway.

Signed-off-by: Thomas Gleixner <tglx@linutronix.de>
---
 arch/arm/kernel/perf_event.c |    2 +-
 1 file changed, 1 insertion(+), 1 deletion(-)

Index: linux-stable/arch/arm/kernel/perf_event.c
===================================================================
--- linux-stable.orig/arch/arm/kernel/perf_event.c
+++ linux-stable/arch/arm/kernel/perf_event.c
@@ -430,7 +430,7 @@ armpmu_reserve_hardware(struct arm_pmu *
                }   
 
                err = request_irq(irq, handle_irq,
-                                 IRQF_DISABLED | IRQF_NOBALANCING,
+                                 IRQF_NOBALANCING | IRQF_NO_THREAD,
                                  "arm-pmu", armpmu);
                if (err) {
                        r_err("unable to request IRQ%d for ARM PMU counters\n",

 
http://blog.51cto.com/21cnbao/1031702




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