Записки программиста

Из предыдущей заметки о модулях ядра Linux мы узнали, что такое контекст прерывания, и что в нем нельзя делать блокирующие вызовы. Но что, если я хочу повесить прерывание на нажатие кнопки, а в обработчике делать что-то блокирующее? Давайте разберемся.

Воспользуемся макетной платой, кнопкой, и подтягивающим резистором:

… а также драйвером, который вешает прерывание на нажатие кнопки:

Если теперь загрузить модуль и понажимать кнопку, то в dmesg мы увидим:

Fun fact! Попробуйте сделать cat /proc/interrupts, пока модуль загружен.

Думается, что процедуры gpio_* в особых пояснениях не нуждаются. Здесь мы говорим, что по переднему фронту сигнала (IRQF_TRIGGER_RISING) на пине 14 должен вызываться обработчик button_isr(). С этого момента начинается самое интересное. Блокироваться в обработчике прерывания нельзя, и вернуться из него нужно как можно быстрее. Что делать?

Решение заключается в том, чтобы запланировать выполнение некоторой работы, но в самом обработчике ее не делать. Эта запланированная работа называется нижней половиной (bottom half) обработчика. Соответственно, то, что делает button_isr(), называется верхней половиной (top half). Нижняя половина может быть реализована при помощи одного из двух примитивов, либо тасклетов (tasklets), либо очередей задач (workqueues).

Тасклеты считаются устаревшим примитивом и ходят разговоры об их удалении из ядра Linux. Они не позволяют выполнять блокирующие вызовы и не могут работать с данными из юзерспейса. В рамках статьи мы не будем рассматривать тасклеты, но пример их использования вы найдете в исходниках к посту. Интерфейс у тасклетов похож на интерфейс очередей задач.

В отличие от тасклетов, очереди задач выполняются в контексте процесса (process context). Они не имеют названных ранее ограничений. Приведенный пример использует именно очереди задач. Процедура schedule_work() является неблокирующей и добавляет задачу (work task) в глобальную очередь задач (global workqueue). При помощи alloc_workqueue() можно создать собственную очередь. Под капотом очередь задач реализована, как потоки (kthreads), разгребающие очередь из struct work_struct*. Эти потоки называется workers.

Таким образом, обработчик прерывания просто добавляет bottomhalf_work_fn() в глобальную очередь задач и завершает свою работу. Из очереди ее забирает worker и выполняет в контексте процесса. А в этом контексте мы можем смело делать msleep() и другие блокирующие вызовы. Все гениальное просто.

Подробнее о workqueues можно почитать в Documentation/core-api/workqueue.rst. Перечень всех доступных процедур с комментариями к ним вы найдете в include/linux/workqueue.h, а детали реализации — в kernel/workqueue.c.

Как-то так происходит обработка прерываний в Linux. Полную версию исходников к посту вы найдете в этом репозитории на GitHub. Как всегда, буду рад вашим вопросам и дополнениям.

Метки: C/C++, Linux, Ring0.