TCP/IP协议栈在Linux内核中的运行时序分析

一、Linux内核运行实体

1.内容

运行实体包括内核线程、系统调用过程、中断处理过程、软中断、tasklet、work queue等

内核线程跟其他线程一样,参与线程调度。在系统进行线程切换的时候,会保存相应的上下文,然后根据线程调用算法,选择要调度的线程进行CPU的分配和执行。这里主要介绍软中断线程ksoftirqd

系统调用是内核向用户进程提供服务的唯一方法,应用程序调用操作系统提供的功能模块。用户通过系统调用从用户态切换到核心态,执行对应的内核程序,然后将结果返回给用户程序并切换回用户态,这个过程称为系统调用过程。系统调用可以通过int$80和syscall指令实现。

中断处理过程是指系统根据中断号,找到中断号对应的irq_desc结构(irq_desc结构为内核中中断的描述结构,内核中有一个irq_desc结构的数组irq_desc_ptrs[NR_IRQS]),然后调用irq_desc中的handle_irq函数,即中断入口函数。执行相应的中断入口函数并返回中断的过程。属于中断处理中的Top-Half部分。

中断上下文指的是中断发生以后,CPU跳到内核设置好的中断处理代码中去,由这部分内核代码来处理中断。这个处理过程中的上下文就是中断上下文。中断上下文一般采用的是tasklet和work queue实现。

2.中断处理分类

Top-Half:上文提到的中断处理过程属于Top-Hafl。中断处理程序处于中断上下文,而中断上下文是不参与调度的,这样中断上下文不能出现可能休眠的操作,因为中断上下文一旦休眠就会交出cpu,而中断上下文不参与调度,也就是交出cpu时不会保存上下文,这样一旦交出cpu就永远不会回来了。这也就决定了在中断中不能和用户空间进行数据交互,因为这种交互可能会引起休眠。

Bottom-Half:

TCP/IP协议栈在Linux内核中的运行时序分析

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