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前言
一、tasklet
二、工作队列
三、内核线程
总结

前言

本篇文章来讲解在Linux中tasklet,工作队列,内核线程的使用。

一、tasklet

tasklet在内核里面其实就是下面这样的一个结构体：

struct tasklet_struct
{struct tasklet_struct *next;unsigned long state;atomic_t count;void (*func)(unsigned long);unsigned long data;
};

下面是对 struct tasklet_struct 结构体成员的解释：

struct tasklet_struct *next: 链表中的下一个任务队列项。任务队列项通过 next 成员在链表中连接在一起，可以形成一个队列。

unsigned long state: 任务队列项的状态标志。用于跟踪任务队列项当前的状态，例如等待执行、已禁用等。

atomic_t count: 计数器，用于跟踪任务队列项的引用计数。当某个任务队列项被多个地方引用时，可以通过增加计数器来避免释放或重用。

void (*func)(unsigned long): 函数指针，指向任务队列项需要执行的函数。当任务队列项被调度执行时，内核将调用该函数来执行任务。

unsigned long data: 存储额外的数据，供任务队列项函数使用。可以将数据与任务队列项关联起来，以在执行函数时传递给函数。

相关的三个重要函数：

tasklet_init(struct tasklet_struct *tasklet, void (*func)(unsigned long), unsigned long data)

tasklet_init() 函数用于初始化一个任务队列项。它接受三个参数：

tasklet：指向要初始化的 struct tasklet_struct 对象的指针。
func：指向任务队列项的处理函数的指针。该函数将在任务队列项被调度执行时被调用。
data：传递给任务队列项处理函数的数据。
通过调用 tasklet_init()，可以为任务队列项设置适当的处理函数和数据。初始化的任务队列项是处于禁用状态的，需要通过调用 tasklet_schedule() 来启用它。

tasklet_kill(struct tasklet_struct *tasklet)

tasklet_kill() 函数用于停止一个正在运行或已经被调度的任务队列项。它接受一个参数：

tasklet：指向要停止的任务队列项的指针。
调用 tasklet_kill() 将会禁用任务队列项，并确保它不会被再次调度执行。这在你不再需要该任务队列项时非常有用，可以确保它不会再干扰系统的正常操作。

tasklet_schedule(struct tasklet_struct *tasklet)

tasklet_schedule() 函数用于将一个任务队列项添加到任务队列中以待执行。它接受一个参数：

tasklet：指向要调度的任务队列项的指针。
调用 tasklet_schedule() 将会启用被调度的任务队列项，并安排它在适当的时机执行。在软中断上下文中调用该函数会立即执行任务队列项的处理函数，而在其他上下文中，例如进程上下文，稍后会调度执行。

任务队列项的处理函数将在任务队列中的适当时机被调用，以更好地与操作系统的内核执行过程进行协调。

使用tasklet步骤：

1.先定义tasklet，需要使用时调用tasklet_schedule，驱动卸载前调用tasklet_kill。

2.tasklet_schedule只是把tasklet放入内核队列，它的func函数会在软件中断的执行过程中被调用。

注意：

tasklet_schedule只会把tasklet放入队列一次，调用完成后需要再次放入队列中。

tasklet内部机制：

tasklet属于TASKLET_SOFTIRQ软件中断。
入口函数为tasklet_action。

void __init softirq_init(void)
{int cpu;for_each_possible_cpu(cpu) {per_cpu(tasklet_vec, cpu).tail =&per_cpu(tasklet_vec, cpu).head;per_cpu(tasklet_hi_vec, cpu).tail =&per_cpu(tasklet_hi_vec, cpu).head;}open_softirq(TASKLET_SOFTIRQ, tasklet_action);open_softirq(HI_SOFTIRQ, tasklet_hi_action);
}

当驱动程序调用tasklet_schedule时，会设置tasklet的state为TASKLET_STATE_SCHED，并把它放入某个链表：

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

当发生硬件中断时，内核处理完硬件中断后，会处理软件中断。对于TASKLET_SOFTIRQ软件中断，会调用tasklet_action函数。

注意：
1.tasklet_schedule调度tasklet时，其中的函数并不会立刻执行，而只是把tasklet放入队列。

2.调用一次tasklet_schedule，只会导致tasklnet的函数被执行一次。

3.如果tasklet的函数尚未执行，多次调用tasklet_schedule也是无效的，只会放入队列一次。

tasklet_action函数：
这个函数会将队列中的tasklet逐个取出来执行：

static __latent_entropy void tasklet_action(struct softirq_action *a)
{struct tasklet_struct *list;local_irq_disable();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) {struct tasklet_struct *t = list;list = list->next;if (tasklet_trylock(t)) {if (!atomic_read(&t->count)) {if (!test_and_clear_bit(TASKLET_STATE_SCHED,&t->state))BUG();t->func(t->data);tasklet_unlock(t);continue;}tasklet_unlock(t);}local_irq_disable();t->next = NULL;*__this_cpu_read(tasklet_vec.tail) = t;__this_cpu_write(tasklet_vec.tail, &(t->next));__raise_softirq_irqoff(TASKLET_SOFTIRQ);local_irq_enable();}
}

二、工作队列

tasklet使用起来非常方便简单，但是tasklet依然是属于中断，在中断执行时，应用程序还是无法得到执行，这样就可能导致系统的卡顿。所以就有了工作队列。

工作队列在内核中的定义：

struct work_struct {atomic_long_t data;struct list_head entry;work_func_t func;
#ifdef CONFIG_LOCKDEPstruct lockdep_map lockdep_map;
#endif
};

1.atomic_long_t data: 这是一个原子长整型变量，通常用于存储工作项相关的数据。原子型意味着对该变量的读取和写入是原子操作，可以在多线程环境下进行安全的并发访问。

2.struct list_head entry: 这是一个链表节点，用于将工作项（work_struct）添加到一个链表中。链表节点通常包含指向前一个节点和后一个节点的指针，以便在链表中进行插入、删除和遍历操作。

3.work_func_t func: 这是一个函数指针类型（work_func_t），用于指向执行工作项的函数。通过该函数指针，可以在工作队列中执行相应的操作或任务。

4.#ifdef CONFIG_LOCKDEP 和 struct lockdep_map lockdep_map: 这部分代码是一个预处理指令，用于条件编译。在特定的配置条件下（CONFIG_LOCKDEP宏定义为真），会包含struct lockdep_map类型的lockdep_map成员变量。lockdep_map用于在工作项中添加用于锁依赖分析的调试信息。

使用工作队列时，步骤如下：
① 构造一个work_struct结构体，里面有函数；
② 把这个work_struct结构体放入工作队列，内核线程就会运行work中的函数。

三、内核线程

有了工作队列后就可以把耗时的任务放入工作队列中进行处理了，但是当有多个work时前面没有执行完的work就会影响到后面work的执行，这样的效率还是不高，那么这个时候就需要使用中断的线程化处理了。

使用这个机制需要使用到下面这个函数：

request_threaded_irq：

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);

该函数用于请求指定中断号（irq）的中断，并将中断处理函数(handler)注册到该中断上。当中断事件发生时，处理函数会被调用。

这个函数具有以下参数：

irq：要请求的中断号。

handler：中断处理函数，即中断发生时要调用的函数。它通常是一个标准的中断处理函数，接收中断相关的参数。

thread_fn：中断线程函数，当中断处理函数返回IRQ_WAKE_THREAD时会调用。它通常用于执行耗时操作，以便避免中断处理函数的执行时间过长。

irqflags：中断标志，用于指定中断的行为，例如共享中断、触发类型等。

devname：设备名称，用于标识请求中断的设备。

dev_id：设备ID，用于传递设备相关的数据给中断处理函数。

request_threaded_irq的工作流程如下：

1.检查中断号的有效性和是否已被占用。如果中断号无效或已被占用，函数会返回错误。

2.创建一个中断描述符(struct irq_desc)并初始化相应的字段。

3.将中断处理函数和中断线程函数注册到中断描述符的对应字段上。

4.配置中断描述符的中断行为，如中断类型、中断共享等。

5.将中断描述符添加到全局中断控制器中断描述符数组中，以便系统可以管理该中断。

6.启用中断，允许中断事件触发中断处理函数的调用。

在请求中断成功后，中断事件发生时，中断控制器会检测到对应的中断号，然后调用已注册的中断处理函数或中断线程函数（如果应用）。中断处理函数是在中断上下文中执行的，因此需要遵循中断上下文的要求，尽量做到快速和非阻塞。如果中断处理函数在处理中需要较长时间，可以调用wake_up_process函数唤醒中断线程函数，以便执行更复杂的工作。

总结而言，request_threaded_irq函数用于请求指定中断，并将中断处理函数注册到该中断上。它提供了一种在Linux内核中管理中断的机制，以响应硬件事件或触发的事件，处理与中断相关的操作