【操作系统百科】softirq/tasklet/workqueue

hardirq 要快——关中断时间越短越好。延迟工作交给下半部（bottom half）。Linux 有三条路。

一、先看图

flowchart TD
    HARDIRQ[硬中断 handler<br/>最小化工作] --> RAISE[raise_softirq<br/>或 schedule_work]
    RAISE --> SOFTIRQ[softirq<br/>静态 10 个<br/>原子上下文]
    RAISE --> TASKLET[tasklet<br/>基于 softirq<br/>退役中]
    RAISE --> WQ[workqueue<br/>内核线程<br/>可睡眠]

    SOFTIRQ --> KSD[ksoftirqd<br/>长尾时接管]

    classDef hard fill:#f85149,stroke:#f85149,color:#adbac7;
    classDef soft fill:#388bfd22,stroke:#388bfd,color:#adbac7;
    classDef wq fill:#3fb95022,stroke:#3fb950,color:#adbac7;
    class HARDIRQ hard
    class RAISE,SOFTIRQ,TASKLET,KSD soft
    class WQ wq

二、softirq

2.1 静态编号

enum {
    HI_SOFTIRQ,
    TIMER_SOFTIRQ,
    NET_TX_SOFTIRQ,
    NET_RX_SOFTIRQ,
    BLOCK_SOFTIRQ,
    IRQ_POLL_SOFTIRQ,
    TASKLET_SOFTIRQ,
    SCHED_SOFTIRQ,
    HRTIMER_SOFTIRQ,
    RCU_SOFTIRQ,
};

只有 10 个固定编号——不能动态添加。

2.2 执行

hardirq 返回时检查 pending softirq → __do_softirq() 处理。

特点：

• 原子上下文（不能睡眠）
• 同一 softirq 可以在多个 CPU 并行
• 高优先级

2.3 ksoftirqd

softirq 处理时间过长 → 避免饿死用户进程 → 切换到 ksoftirqd 内核线程（以 nice 19 运行）。

三、tasklet

DECLARE_TASKLET(my_tasklet, my_func);
tasklet_schedule(&my_tasklet);

基于 TASKLET_SOFTIRQ，动态创建。

特点：

• 同一 tasklet 不会在多 CPU 并行（串行化）
• 原子上下文

退役趋势：内核社区正在移除 tasklet，替换为 workqueue 或 threaded IRQ。

四、workqueue

DECLARE_WORK(my_work, my_func);
schedule_work(&my_work);           // 系统默认 workqueue
queue_work(my_wq, &my_work);      // 自定义 workqueue

4.1 类型

4.2 线程池

workqueue 使用 kworker 线程池——不是每 workqueue 一个线程。

ps aux | grep kworker

4.3 可睡眠

workqueue handler 可以睡眠 → 可以分配内存、做 I/O、获取 mutex。

五、threaded NAPI

网络收包高频 → softirq 长尾 → ksoftirqd 延迟高。

Threaded NAPI（5.x+）：每 NAPI 实例一个内核线程 → 可调度、可设优先级。

echo 1 > /sys/class/net/eth0/threaded

六、选择指南

七、softirq 长尾问题

# 观察 softirq CPU 占用
cat /proc/softirqs
mpstat -P ALL 1 | grep -i soft

NET_RX 占用过高 → 考虑：

• 增加 NIC 队列数
• 开启 busy polling
• 使用 threaded NAPI

八、delayed_work

DECLARE_DELAYED_WORK(my_dwork, my_func);
schedule_delayed_work(&my_dwork, msecs_to_jiffies(100));

延迟执行 + workqueue 能力。

九、观察

cat /proc/softirqs              # per-CPU softirq 计数
cat /proc/interrupts            # hardirq 计数
ps -eo pid,comm | grep kworker  # workqueue 线程
perf top -e irq:softirq_entry   # softirq 热点

十、小结

• softirq：静态 10 个、高性能、原子上下文
• tasklet：退役中，迁移到 workqueue
• workqueue：灵活、可睡眠、线程池
• ksoftirqd 处理 softirq 长尾
• threaded NAPI 是网络场景的新方向

参考文献

• kernel/softirq.c
• kernel/workqueue.c
• Documentation/core-api/workqueue.rst
• Tejun Heo, “Concurrency Managed Workqueue.” 2010

工具

• /proc/softirqs
• mpstat
• perf softirq tracepoints
• bpftrace

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