深度剖析Linux 網(wǎng)絡(luò)中斷下半部處理（看完秒懂）
在 深度剖析Linux網(wǎng)卡數(shù)據(jù)收發(fā)過(guò)程分析（超詳細(xì)） 中，我們介紹了網(wǎng)卡接收和發(fā)過(guò)數(shù)據(jù)在 Linux 內(nèi)核中的處理過(guò)程，我們先來(lái)回顧一下網(wǎng)卡接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程，如 圖1 所示：
如上圖所示，當(dāng)網(wǎng)卡接收到從網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)后，網(wǎng)卡會(huì)向 CPU 發(fā)起一個(gè)硬件中斷。當(dāng) CPU 接收到網(wǎng)卡的硬件中斷后，便會(huì)調(diào)用網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)向內(nèi)核注冊(cè)的中斷處理服務(wù)，如 NS8390網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng) 會(huì)向內(nèi)核注冊(cè) ei_interrupt 中斷服務(wù)。
由于在處理硬件中斷服務(wù)時(shí)會(huì)關(guān)閉硬件中斷，所以在處理硬件中斷服務(wù)的過(guò)程中，如果發(fā)生了其他的硬件中斷，也不能得到有效的處理，從而導(dǎo)致硬件中斷丟失的情況。
為了避免這種情況出現(xiàn)，Linux 內(nèi)核把中斷處理分為：中斷上半部 和 中斷下半部，上半部在關(guān)閉中斷的情況下進(jìn)行，而下半部在打開中斷的情況下進(jìn)行。
由于中斷上半部在關(guān)閉中斷的情況下進(jìn)行，所以必須要快速完成，從而避免中斷丟失的情況。而中斷下半部處理是在打開中斷的情況下進(jìn)行的，所以可以慢慢進(jìn)行。
一般來(lái)說(shuō)，網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)向內(nèi)核注冊(cè)的中斷處理服務(wù)屬于 中斷上半部，如前面介紹的 NS8390網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng) 注冊(cè)的 ei_interrupt 中斷處理服務(wù)，而本文主要分析網(wǎng)卡 中斷下半部 的處理。
數(shù)據(jù)包上送
在上一篇文章中，我們介紹過(guò) ei_interrupt ?中斷處理服務(wù)首先會(huì)創(chuàng)建一個(gè) sk_buff 數(shù)據(jù)包對(duì)象保存從網(wǎng)卡中接收到的數(shù)據(jù)，然后調(diào)用 netif_rx 函數(shù)將數(shù)據(jù)包上送給網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧處理。
我們先來(lái)分析一下 netif_rx 函數(shù)的實(shí)現(xiàn)：
netif_rx 函數(shù)的參數(shù)就是要上送給網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的數(shù)據(jù)包，netif_rx 函數(shù)主要完成以下幾個(gè)工作：
獲取當(dāng)前 CPU 的待處理的數(shù)據(jù)包隊(duì)列，在 Linux 內(nèi)核初始化時(shí)，會(huì)為每個(gè) CPU 創(chuàng)建一個(gè)待處理數(shù)據(jù)包隊(duì)列，用于存放從網(wǎng)卡中讀取到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包。
如果待處理隊(duì)列的數(shù)據(jù)包數(shù)量沒超出 netdev_max_backlog 設(shè)置的限制，那么調(diào)用 __skb_queue_tail 函數(shù)把數(shù)據(jù)包添加到待處理隊(duì)列中，并且調(diào)用 __cpu_raise_softirq 函數(shù)啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中斷下半部處理。
如果待處理隊(duì)列的數(shù)據(jù)包數(shù)量超出 netdev_max_backlog 設(shè)置的限制，那么就把數(shù)據(jù)包釋放。
netif_rx 函數(shù)的處理過(guò)程如 圖2 所示：
所以，netif_rx 函數(shù)的主要工作就是把接收到的數(shù)據(jù)包添加到待處理隊(duì)列中，并且啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中斷下半部處理。
對(duì)于 Linux 內(nèi)核的中斷處理機(jī)制可以參考我們之前的文章 Linux中斷處理，這里就不詳細(xì)介紹了。在本文中，我們只需要知道網(wǎng)絡(luò)中斷下半部處理例程為 net_rx_action 函數(shù)即可。
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網(wǎng)絡(luò)中斷下半部處理
上面說(shuō)了，網(wǎng)絡(luò)中斷下半部處理例程為 net_rx_action 函數(shù)，所以我們主要分析 net_rx_action 函數(shù)的實(shí)現(xiàn)：
net_rx_action 函數(shù)主要完成以下幾個(gè)工作：
從待處理數(shù)據(jù)包隊(duì)列中獲取一個(gè)數(shù)據(jù)包，如果數(shù)據(jù)包為空，那么就退出網(wǎng)絡(luò)中斷下半部。 如果獲取的數(shù)據(jù)包不為空，那么就從數(shù)據(jù)包的以太網(wǎng)頭部中獲取到網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的類型。然后根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議類型從 ptype_base 數(shù)組中獲取數(shù)據(jù)處理接口，再通過(guò)此數(shù)據(jù)處理接口來(lái)處理數(shù)據(jù)包。 在內(nèi)核初始化時(shí)，通過(guò)調(diào)用 dev_add_pack 函數(shù)向 ptype_base 數(shù)組中注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議處理接口，如 ip_init 函數(shù)：
所以，net_rx_action 函數(shù)主要從待處理隊(duì)列中獲取數(shù)據(jù)包，然后根據(jù)數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議類型，找到相應(yīng)的處理接口處理數(shù)據(jù)包。其過(guò)程如 圖3 所示：
從上圖可知，net_rx_action 函數(shù)將數(shù)據(jù)包交由網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議處理接口后就不管了，而網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議處理接口接管數(shù)據(jù)包后，會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行進(jìn)一步處理，如判斷數(shù)據(jù)包的合法性（數(shù)據(jù)包是否損壞、數(shù)據(jù)包是否發(fā)送給本機(jī)）。如果數(shù)據(jù)包是合法的，就會(huì)交由傳輸層協(xié)議處理接口處理。
總結(jié)
本文主要介紹了網(wǎng)絡(luò)中斷下半部的處理，從分析可知，網(wǎng)絡(luò)中斷下半部主要工作是從待處理隊(duì)列中獲取數(shù)據(jù)包，并且根據(jù)數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議類型來(lái)找到相應(yīng)的處理接口，然后把數(shù)據(jù)包交由網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議處理接口進(jìn)行處理。
