1 tasklet引入

中断子系统-1-linux中断介绍介绍了linux中的硬件中断和软件中断，cpu会先处理硬件中断，然后处理软件中断。

简单说可以认为内核中有一个数组softirq[], 里面有很多项，某一项对应timer，某一项表示tasklet, 每一项中都有一个.action函数，当内核处理完某一个硬件中断之后，处理软件中断时会找到对应的项，找到.action函数执行。

对于tasklet软件中断，它的.action函数对应tasklet_action,这个函数会从链表里取出每一个tasklet结构，执行里面的.func函数。

内核处理硬件中断的过程叫做中断上半部，处理软件中断的过程叫做中断下半部。上半部执行过程中，中断是禁止的，这里防止中断嵌套，也就是说来了更紧急的硬件中断，也要等这个上半部分处理完，上半部一般处理重要紧急事情。下半部执行过程中，中断是使能的，因此在下半部的处理过程它是可以响应其他中断。因此如果有不紧急但是耗时的事情放在下半部来处理，比如用tasklet。
img

2 tasklet是如何从从上半部调度到下半部分

如何使能或者说调度tasklet呢？它其实就是把一个tasklet放入到内核tasklet链表中，假如硬件中断服务函数func_A(), 软件中断中也就是下半部放入tasklet中断的服务函数为func_B(), 那么可以想象看A和B被调度的次数因该是多对1的关系，应为软件中断由于是使能中断的，因此func_A()对应的硬件又可能会产生硬件中断。

3 tasklet使用

3.1 初始化tasklet

3.1.0 tasklet结构体

img

struct tasklet_struct {  
	struct tasklet_struct *next;//tasklet链表  
	unsigned long state;//RUN表示正在运行，SCHED表示已被调度  
	atomic_t count;//0表示处于激活状态，不为0表示该tasklet禁止，不允许执行  
	void (*func)(unsigned long);//处理函数，等效softirq的action函数  
	unsigned long data;  
};

\include\linux\interrupt.h
state 有 2 位：
img

◼ bit0 表示 TASKLET_STATE_SCHED  
等于 1 时表示已经执行了 tasklet_schedule 把该 tasklet 放入队列了；(等于1表示放入队列就绪了)  
tasklet_schedule 会判断该位，如果已经等于 1 那么它就不会再次把tasklet 放入队列。  
◼ bit1 表示 TASKLET_STATE_RUN  
等于 1 时，表示正在运行 tasklet 中的 func 函数；函数执行完后内核会把该位清 0。

count 表示该 tasklet 是否使能：

等于 0 表示使能了，非 0 表示被禁止了。对于 count 非 0 的 tasklet，里面的 func 函数不会被执行

3.1.1 tasklet链表

struct tasklet_head {                              
    struct tasklet_struct *head;  
    struct tasklet_struct **tail;  
};  
  
static DEFINE_PER_CPU(struct tasklet_head, tasklet_vec); //kernel/softirq.c  
static DEFINE_PER_CPU(struct tasklet_head, tasklet_hi_vec);  
//对应softirq的TASKLET_SOFTIRQ和HI_SOFTIRQ， 优先级分别为6和0

tasklet执行过程 TASKLET_SOFTIRQ对应执行函数为tasklet_action，HI_SOFTIRQ为tasklet_hi_action。

3.1.2 tasklet_init

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extern void tasklet_init(struct tasklet_struct *t, void (*func)(unsigned long), unsigned long data);

3.1.3 DECLARE_TASKLET

DECLARE_TASKLET和DECLARE_TASKLET_DISABLED可以定义一个tasklet结构体。

//使用 DECLARE_TASKLET 定义的 tasklet 结构体，它是使能的；  
//使用 DECLARE_TASKLET_DISABLED 定义的 tasklet 结构体，它是禁止的；使用之前要先调用 tasklet_enable 使能它。

3.2 使能/禁止 tasklet

static inline void tasklet_enable(struct tasklet_struct *t);  
static inline void tasklet_disable(struct tasklet_struct *t);

img

3.3 调度tasklet

static inline void tasklet_schedule(struct tasklet_struct *t);

img 把 tasklet 放入链表，并且设置它的 TASKLET_STATE_SCHED 状态为1。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。

3.4 执行tasklet

对于 TASKLET_SOFTIRQ 类型的 softirq，其handler是 tasklet_action，可以看到软中断执行，硬件中断是使能的。执行对应的func函数。

img

3.5 tasklet_kill

void tasklet_kill(struct tasklet_struct *t)；

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//如果一个 tasklet 未被调度， tasklet_kill 会把它的TASKLET_STATE_SCHED 状态清 0；  
//如果一个 tasklet 已被调度，tasklet_kill 会等待它执行完华，再把它的TASKLET_STATE_SCHED 状态清 0。

通常在卸载驱动程序时调用 tasklet_kill。

4 tasklet代码示例解析

4.1 tasklet使用驱动源码

驱动代码

#include <linux/module.h>  
#include <linux/poll.h>  
  
#include <linux/fs.h>  
#include <linux/errno.h>  
#include <linux/miscdevice.h>  
#include <linux/kernel.h>  
#include <linux/major.h>  
#include <linux/mutex.h>  
#include <linux/proc_fs.h>  
#include <linux/seq_file.h>  
#include <linux/stat.h>  
#include <linux/init.h>  
#include <linux/device.h>  
#include <linux/tty.h>  
#include <linux/kmod.h>  
#include <linux/gfp.h>  
#include <linux/gpio/consumer.h>  
#include <linux/platform_device.h>  
#include <linux/of_gpio.h>  
#include <linux/of_irq.h>  
#include <linux/interrupt.h>  
#include <linux/irq.h>  
#include <linux/slab.h>  
#include <linux/fcntl.h>  
#include <linux/timer.h>  
struct gpio_key{  
	int gpio;  
	struct gpio_desc *gpiod;  
	int flag;  
	int irq;  
	struct timer_list key_timer;  
	struct tasklet_struct tasklet;  
} ;  
static struct gpio_key *gpio_keys_100ask;  
static int major = 0;  
static struct class *gpio_key_class;  
  
#define BUF_LEN 128  
static int g_keys[BUF_LEN];  
static int r, w;  
struct fasync_struct *button_fasync;  
  
#define NEXT_POS(x) ((x+1) % BUF_LEN)  
  
static int is_key_buf_empty(void){  
	return (r == w);  
}  
  
static int is_key_buf_full(void){  
	return (r == NEXT_POS(w));  
}  
  
static void put_key(int key){  
	if (!is_key_buf_full()){  
		g_keys[w] = key;  
		w = NEXT_POS(w);  
	}  
}  
  
static int get_key(void){  
	int key = 0;  
	if (!is_key_buf_empty()){  
		key = g_keys[r];  
		r = NEXT_POS(r);  
	}  
	return key;  
}  
  
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(gpio_key_wait);  
  
static void key_timer_expire(unsigned long data){  
	/* data ==> gpio */  
	struct gpio_key *gpio_key = data;  
	int val;  
	int key;  
  
	val = gpiod_get_value(gpio_key->gpiod);  
  
	printk("key_timer_expire key %d %d\n", gpio_key->gpio, val);  
	key = (gpio_key->gpio << 8) | val;  
	put_key(key);  
	wake_up_interruptible(&gpio_key_wait);  
	kill_fasync(&button_fasync, SIGIO, POLL_IN);  
}  
  
static void key_tasklet_func(unsigned long data){  
	/* data ==> gpio */  
	struct gpio_key *gpio_key = data;  
	int val;  
	int key;  
  
	val = gpiod_get_value(gpio_key->gpiod);  
	printk("key_tasklet_func key %d %d\n", gpio_key->gpio, val);  
}  
  
static ssize_t gpio_key_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset){  
	int err;  
	int key;  
	if (is_key_buf_empty() && (file->f_flags & O_NONBLOCK))  
		return -EAGAIN;  
	wait_event_interruptible(gpio_key_wait, !is_key_buf_empty());  
	key = get_key();  
	err = copy_to_user(buf, &key, 4);  
	return 4;  
}  
  
static unsigned int gpio_key_drv_poll(struct file *fp, poll_table * wait){  
	poll_wait(fp, &gpio_key_wait, wait);  
	return is_key_buf_empty() ? 0 : POLLIN | POLLRDNORM;  
}  
  
static int gpio_key_drv_fasync(int fd, struct file *file, int on){  
	if (fasync_helper(fd, file, on, &button_fasync) >= 0)  
		return 0;  
	else  
		return -EIO;  
}  
  
static struct file_operations gpio_key_drv = {  
	.owner	 = THIS_MODULE,  
	.read    = gpio_key_drv_read,  
	.poll    = gpio_key_drv_poll,  
	.fasync  = gpio_key_drv_fasync,  
};  
static irqreturn_t gpio_key_isr(int irq, void *dev_id)  
{  
	struct gpio_key *gpio_key = dev_id;  
	tasklet_schedule(&gpio_key->tasklet);  
	mod_timer(&gpio_key->key_timer, jiffies + HZ/50);  
	return IRQ_HANDLED;  
}  
  
static int gpio_key_probe(struct platform_device *pdev){  
	int err;  
	struct device_node *node = pdev->dev.of_node;  
	int count;  
	int i;  
	enum of_gpio_flags flag;  
  
	count = of_gpio_count(node);  
	if (!count){  
		printk("%s %s line %d, there isn't any gpio available\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);  
		return -1;  
	}  
  
	gpio_keys_100ask = kzalloc(sizeof(struct gpio_key) * count, GFP_KERNEL);  
	for (i = 0; i < count; i++){		  
		gpio_keys_100ask[i].gpio = of_get_gpio_flags(node, i, &flag);  
		if (gpio_keys_100ask[i].gpio < 0){  
			printk("%s %s line %d, of_get_gpio_flags fail\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);  
			return -1;  
		}  
		gpio_keys_100ask[i].gpiod = gpio_to_desc(gpio_keys_100ask[i].gpio);  
		gpio_keys_100ask[i].flag = flag & OF_GPIO_ACTIVE_LOW;  
		gpio_keys_100ask[i].irq  = gpio_to_irq(gpio_keys_100ask[i].gpio);  
  
		setup_timer(&gpio_keys_100ask[i].key_timer, key_timer_expire, &gpio_keys_100ask[i]);  
		gpio_keys_100ask[i].key_timer.expires = ~0;  
		add_timer(&gpio_keys_100ask[i].key_timer);  
  
		tasklet_init(&gpio_keys_100ask[i].tasklet, key_tasklet_func, &gpio_keys_100ask[i]);  
	}  
  
	for (i = 0; i < count; i++){  
		err = request_irq(gpio_keys_100ask[i].irq, gpio_key_isr  
		, IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING, "100ask_gpio_key", &gpio_keys_100ask[i]);  
	}  
  
	major = register_chrdev(0, "100ask_gpio_key", &gpio_key_drv);   
	gpio_key_class = class_create(THIS_MODULE, "100ask_gpio_key_class");  
	if (IS_ERR(gpio_key_class)) {  
		printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);  
		unregister_chrdev(major, "100ask_gpio_key");  
		return PTR_ERR(gpio_key_class);  
	}  
	device_create(gpio_key_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "100ask_gpio_key");    
    return 0;    
}  
static int gpio_key_remove(struct platform_device *pdev){  
	struct device_node *node = pdev->dev.of_node;  
	int count;  
	int i;  
  
	device_destroy(gpio_key_class, MKDEV(major, 0));  
	class_destroy(gpio_key_class);  
	unregister_chrdev(major, "100ask_gpio_key");  
	count = of_gpio_count(node);  
	for (i = 0; i < count; i++){  
		free_irq(gpio_keys_100ask[i].irq, &gpio_keys_100ask[i]);  
		del_timer(&gpio_keys_100ask[i].key_timer);  
		tasklet_kill(&gpio_keys_100ask[i].tasklet);  
	}  
	kfree(gpio_keys_100ask);  
    return 0;  
}  
static const struct of_device_id ask100_keys[] = {  
    { .compatible = "100ask,gpio_key" },  
    { },  
};  
static struct platform_driver gpio_keys_driver = {  
    .probe      = gpio_key_probe,  
    .remove     = gpio_key_remove,  
    .driver     = {  
        .name   = "100ask_gpio_key",  
        .of_match_table = ask100_keys,  
    },  
};  
static int __init gpio_key_init(void){  
    return platform_driver_register(&gpio_keys_driver);   
}  
  
static void __exit gpio_key_exit(void){  
    platform_driver_unregister(&gpio_keys_driver);  
}  
module_init(gpio_key_init);  
module_exit(gpio_key_exit);  
MODULE_LICENSE("GPL");

用户态测试代码

#include <sys/types.h>  
#include <sys/stat.h>  
#include <fcntl.h>  
#include <unistd.h>  
#include <stdio.h>  
#include <string.h>  
#include <poll.h>  
#include <signal.h>  
static int fd;  
/*  
 * ./button_test /dev/100ask_button0  
 *  
 */  
int main(int argc, char **argv){  
	int val;  
	struct pollfd fds[1];  
	int timeout_ms = 5000;  
	int ret;  
	int	flags;  
	int i;  
  
	if (argc != 2) {  
		printf("Usage: %s <dev>\n", argv[0]);  
		return -1;  
	}  
	fd = open(argv[1], O_RDWR | O_NONBLOCK);  
	if (fd == -1){  
		printf("can not open file %s\n", argv[1]);  
		return -1;  
	}  
  
	for (i = 0; i < 10; i++) {  
		if (read(fd, &val, 4) == 4)  
			printf("get button: 0x%x\n", val);  
		else  
			printf("get button: -1\n");  
	}  
	flags = fcntl(fd, F_GETFL);  
	fcntl(fd, F_SETFL, flags & ~O_NONBLOCK);  
	while (1){  
		if (read(fd, &val, 4) == 4)  
			printf("get button: 0x%x\n", val);  
		else  
			printf("while get button: -1\n");  
	}  
	close(fd);  
	return 0;  
}

4.2 分析

probe函数中为每一个gpio按键都创建一个tasklet。
img img 当按键按下，中断服务执行，那么此时需要调度tasklet去完成中断下半部的事情，每当一个按键按下，就会执行一次tasklet里面的函数，也就是key_tasklet_func
img img 根据不同的gpio带来不同的data，这里key_tasklet_func下半部分只是简单打印出对应哪一个gpio，输出什么电平。
最终驱动卸载时调用tasklet_kill。
img

5 tasklet内部机制剖析

5.1 tasklet_action的执行过程

tasklet属于TASKLET_SOFTIRQ软件中断，入口函数为tasklet_action，这在内核 kernel\softirq.c 中设置:
img img 当驱动程序调用 tasklet_schedule 时，会设置 tasklet 的state为TASKLET_STATE_SCHED，并把它放入内核tasklet链表:
img 触发TASKLET_SOFTIRQ 软件中断，会调用 tasklet_action 函数，遍历tasklet 链表，进行状态判断后执行 .func
函数，从队列中删除 tasklet。
可以看出：

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 tasklet 的函数被执行一次；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_STATE_SCHED状态会自行判断。

最终tasklet中的func执行要看tasklet_action的过程分析：
img 首先从链表中取出每一项tasklet, 读取count, 如果等于0表示有使能该tasklet, 清除TASKLET_STATE_SCHED位，并且执行t->func，执行完该task中的func后从链表取出并且删除掉。