12 内核开发-任务调度之tasklet

课程简介：

Linux内核开发入门是一门旨在帮助学习者从最基本的知识开始学习Linux内核开发的入门课程。该课程旨在为对Linux内核开发感兴趣的初学者提供一个扎实的基础，让他们能够理解和参与到Linux内核的开发过程中。

课程特点：

入门级别：该课程专注于为初学者提供Linux内核开发的入门知识。无论你是否具有编程或操作系统的背景，该课程都将从最基本的概念和技术开始，逐步引导学习者深入了解Linux内核开发的核心原理。
系统化学习：课程内容经过系统化的安排，涵盖了Linux内核的基础知识、内核模块编程、设备驱动程序开发等关键主题。学习者将逐步了解Linux内核的结构、功能和工作原理，并学习如何编写和调试内核模块和设备驱动程序。
实践导向：该课程强调实践，通过丰富的实例和编程练习，帮助学习者将理论知识应用到实际的Linux内核开发中。学习者将有机会编写简单的内核模块和设备驱动程序，并通过实际的测试和调试来加深对Linux内核开发的理解。
配套资源：为了帮助学习者更好地掌握课程内容，该课程提供了丰富的配套资源，包括教学文档、示例代码、实验指导和参考资料等。学习者可以根据自己的学习进度和需求，灵活地利用这些资源进行学习和实践。

无论你是计算机科学专业的学生、软件工程师还是对Linux内核开发感兴趣的爱好者，Linux内核开发入门课程都将为你提供一个扎实的学习平台，帮助你掌握Linux内核开发的基础知识，为进一步深入研究和应用Linux内核打下坚实的基础。

这一讲，主要分享如何在内核开模块开发中如何使用任务调度之tasklet。

1.定义

Tasklet 是一种轻量级内核调度机制，用于处理延迟敏感的任务，这些任务需要在中断处理程序上下文中立即执行，但不能阻塞系统。

Tasklet 特性

轻量级：Tasklet 是一种轻量级机制，开销很小。
非阻塞：Tasklet 不会阻塞系统，因为它在软中断上下文中执行。
并发：多个 Tasklet 可以同时执行，提高了并发性。
延迟敏感：Tasklet 旨在处理延迟敏感的任务，需要在中断处理程序上下文中立即执行。

2.内涵

Tasklet 的工作原理如下：

Tasklet 初始化：使用 tasklet_init() 函数初始化 Tasklet 结构体。该函数为 Tasklet 指定一个函数和要传递给该函数的数据。
Tasklet 安排：使用 tasklet_schedule() 函数安排 Tasklet。这会将 Tasklet 添加到软中断队列中，等待执行。
Tasklet 执行：当软中断被触发时，内核会依次执行软中断队列中的所有 Tasklet。Tasklet 函数在软中断上下文中执行，因此可以访问中断处理程序上下文中的数据。
Tasklet 完成：Tasklet 函数执行完成后，它负责释放分配的资源并清理任何状态信息。

3.使用示例

Tasklet 是一种轻量级内核调度机制，用于处理延迟敏感的任务，这些任务需要在中断处理程序上下文中立即执行，但不能阻塞系统。要使用 Tasklet，请遵循以下步骤：

(1) 定义 Tasklet 结构体：

struct tasklet_struct my_tasklet;

(2) 初始化 Tasklet：

tasklet_init(&my_tasklet, my_tasklet_function, (unsigned long) my_data);

my_tasklet_function 是 Tasklet 执行时调用的函数。

my_data 是要传递给 Tasklet 函数的数据。

(3) 调度 Tasklet：

tasklet_schedule(&my_tasklet);

定义 Tasklet 函数：

void my_tasklet_function(unsigned long data)

{

// 在此处执行需要在中断处理程序上下文中立即执行的任务

}

4.具体代码使用实践

#include <linux/delay.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/printk.h>

/ Macro DECLARE_TASKLET_OLD exists for compatibility.
  See https://lwn.net/Articles/830964/
 最终是调用函数 DECLARE_TASKLET(arg1, arg2, 0L)
 /
#ifndef DECLARE_TASKLET_OLD
#define DECLARE_TASKLET_OLD(arg1, arg2) DECLARE_TASKLET(arg1, arg2, 0L)
#endif

static void tasklet_fn(unsigned long data)
{
    pr_info("Example tasklet starts\n");
    mdelay(5000);
    pr_info("Example tasklet ends\n");
}

static DECLARE_TASKLET_OLD(mytask, tasklet_fn);

static int __init example_tasklet_init(void)
{
    pr_info("tasklet example init\n");
    tasklet_schedule(&mytask);
    mdelay(200);
    pr_info("Example tasklet init continues...\n");
    return 0;
}

static void __exit example_tasklet_exit(void)
{
    pr_info("tasklet example exit\n");
    tasklet_kill(&mytask);
}

module_init(example_tasklet_init);
module_exit(example_tasklet_exit);

MODULE_DESCRIPTION("Tasklet example");
MODULE_LICENSE("GPL");

执行make 编译，然后 insmod 安装，执行insmod 的时候，由于任务在执行，会看到比较慢,dmesg 查看内核日志输出。

5.注意事项

使用 Tasklet 可能会导致以下问题：

优先级反转：Tasklet 在软中断上下文中执行，优先级高于内核中的大多数其他任务。这可能会导致优先级反转，其中低优先级的任务被高优先级的 Tasklet 抢占。
死锁：如果 Tasklet 自旋锁被不当使用，则可能导致死锁。例如，如果一个 Tasklet 试图获取另一个 Tasklet 持有的锁，则可能会发生死锁。
性能下降：如果频繁使用 Tasklet，则可能会导致性能下降。这是因为 Tasklet 会增加软中断的开销，从而可能导致系统延迟。
代码复杂性：Tasklet 的使用可能会增加代码的复杂性，特别是当涉及到并发性和同步时。

为了避免这些问题，请遵循以下最佳实践：

仅在绝对必要时使用 Tasklet。
保持 Tasklet 函数简短且高效。
小心使用 Tasklet 自旋锁。
考虑使用 Tasklet 工作队列来提高并发性和可伸缩性。

6.最佳实践

Tasklet最佳实践

仅在绝对必要时使用 Tasklet，因为频繁使用 Tasklet 会增加开销。
保持 Tasklet 函数简短且高效，避免执行耗时的操作。
小心使用 Tasklet 自旋锁来保护共享数据结构，以避免死锁。
考虑使用 Tasklet 工作队列来进一步提高并发性和可伸缩性。
遵循这些最佳实践将有助于您有效地使用 Tasklet 来处理内核模块中的延迟敏感任务。

7.总结

Tasklet：延迟敏感任务的轻量级内核调度机制，Tasklet 是一种高效的内核调度机制，用于在软中断上下文中执行延迟敏感任务，但需要谨慎使用以避免潜在问题。

具有以下特点：

在软中断上下文中执行，优先级高。
轻量级且高效，适合延迟敏感任务。
使用自旋锁进行同步，可能会导致优先级反转和死锁。

Tasklet 允许内核在不阻塞系统的情况下处理延迟敏感任务，从而提高了系统的响应能力。

仅在绝对必要时使用 Tasklet，保持函数简短高效。

小心使用自旋锁，考虑使用 Tasklet 工作队列。

随着多核和异构系统的兴起，Tasklet 的使用可能会增加，因为它提供了轻量级且可扩展的机制来处理延迟敏感任务。