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進程的preempt_count變量

thread_info

在內核中，上下文的設置和判斷接口可以參考 include/linux/preempt.h 文件，整個機制的實現都依賴于一個變量：preempt_count，這個變量被定義在進程struct task_struct的 thread_info域中 ，也就是線程描述符中，線程描述符被放在內核棧的底部，在內核中可以通過 current_thread_info() 接口來獲取進程的 thread_info:

static inline struct thread_info *current_thread_info(void)
{return (struct thread_info *)(current_stack_pointer & ~(THREAD_SIZE - 1));
}register unsigned long current_stack_pointer asm ("sp");

其中 THREAD_SIZE 通常的大小為 4K 或者 8K，取出當前內核棧的 sp 指針，通過簡單地屏蔽掉 sp 的低 13 位，就可以獲取到 thread_info 的基地址。

在 arm 中，preempt_count 是 per task 的變量，而在 x86 中，preempt_count 是 percpu 類型的變量。

preempt_count

作為控制上下文的變量, preempt_count 是 int 型，一共 32 位。通過設置該變量不同的位來設置內核中的上下文標志，包括硬中斷上下文、軟中斷上下文、進程上下文等，通過判斷該變量的值就可以判斷當前程序所屬的上下文狀態。

整個 preempt_count 被分為幾個部分：

• bit 0-7：用于記錄關閉調度的次數。中斷上下文中，調度是關閉的，不會發生進程的切換，可以使用preempt_disable()來顯示地關閉調度，關閉次數由第0到7個bits組成的preemption count(注意不是preempt count)來記錄。每使用一次preempt_disable()，preemption count的值就會加1，使用preempt_enable()則會讓preemption count的值減1。
• bit 8-15：描述軟中斷的標志位，如果softirq count的值為正數，說明現在正處于softirq上下文中，因為軟中斷在單個CPU上是不會嵌套執行的，所以只需要用第8位就可以用來判斷當前是否處于軟中斷的上下文中，其他的9-15位用于記錄關閉軟中斷的次數
• bit 16-19：描述硬中斷嵌套次數，在老版本的linux 上支持中斷的嵌套，但是自從 2.6 版本之后內核就不再支持中斷嵌套，所以其實只用到了一位，如果這部分為正數表示在硬件中斷上下文，為 0 則表示不在。
• bit20 ：用于指示 NMI 中斷，只有兩個狀態：發生并處理 NMI 中斷置 1，退出中斷清除。
• 其它 bit ：沒有使用到，保留

hardirq相關

preempt_count中的第16到19個bit表示hardirq count，它記錄了進入hardirq/top half的嵌套次數，在這篇文章介紹的do_IRQ()中，irq_enter()用于標記hardirq的進入，此時hardirq count的值會加1。irq_exit()用于標記hardirq的退出，hardirq count的值會相應的減1。如果hardirq count的值為正數，說明現在正處于hardirq上下文中，代碼中可借助in_irq()宏實現快速判斷。注意這里的命名是"in_irq"而不是"in_hardirq"。

#define hardirq_count()	 (preempt_count() & HARDIRQ_MASK)
#define in_irq()  (hardirq_count())

hardirq count占據4個bits，理論上可以表示16層嵌套，但現在Linux系統并不支持hardirq的嵌套執行，所以實際使用的只有1個bit。

softirq相關

preempt_count中的第8到15個bit表示softirq count，它記錄了進入softirq的嵌套次數，如果softirq count的值為正數，說明現在正處于softirq上下文中。由于softirq在單個CPU上是不會嵌套執行的，因此和hardirq count一樣，實際只需要一個bit(bit 8)就可以了。但這里多出的7個bits并不是因為歷史原因多出來的，而是另有他用。

這個"他用"就是表示在進程上下文中，為了防止進程被softirq所搶占，關閉/禁止softirq的次數，比如每使用一次local_bh_disable()，softirq count高7個bits(bit 9到bit 15)的值就會加1，使用local_bh_enable()則會讓softirq count高7個bits的的值減1。

代碼中可借助in_softirq()宏快速判斷當前是否在softirq上下文：

#define softirq_count()  (preempt_count() & SOFTIRQ_MASK)
#define in_softirq()	 (softirq_count())

上下文

不管是hardirq上下文還是softirq上下文，都屬于我們俗稱的中斷上下文(interrupt context)。

為此，有一個名為in_interrupt()的宏專門用來判斷當前是否在中斷上下文中。

#define irq_count()	 (preempt_count() & (HARDIRQ_MASK | SOFTIRQ_MASK | NMI_MASK))			 
#define in_interrupt()  (irq_count())

與中斷上下文相對應的就是俗稱的進程上下文(process context)

#define in_task()  (!(preempt_count() & (HARDIRQ_MASK | SOFTIRQ_OFFSET | NMI_MASK)))			   

需要注意的是，并不是只有進程才會處在process context，內核線程依然可以運行在process context。
在中斷上下文中，調度是關閉的，不會發生進程的切換，這屬于一種隱式的禁止調度，而在代碼中，也可以使用preempt_disable()來顯示地關閉調度，關閉次數由第0到7個bits組成的preemption count(注意不是preempt count)來記錄。每使用一次preempt_disable()，preemption count的值就會加1，使用preempt_enable()則會讓preemption count的值減1。preemption count占8個bits，因此一共可以表示最多256層調度關閉的嵌套。

處于中斷上下文，或者顯示地禁止了調度，preempt_count()的值都不為0，都不允許睡眠/調度的發生，這兩種場景被統稱為atomic上下文，可由in_atomic()宏給出判斷。

#define in_atomic()	(preempt_count() != 0)

中斷上下文、進程上下文和atomic上下文的關系大概可以表示成這樣：