03 · 中断线程化：驱动逻辑离开 hardirq

结论：RT 内核把 force_irqthreads() 编译期固定为 true，所有没有标记 IRQF_NO_THREAD/IRQF_PERCPU/IRQF_ONESHOT 的中断都被强制线程化：hardirq 里只剩一个「屏蔽本线 + 唤醒 irq/N-name 线程」的桩，驱动逻辑在 SCHED_FIFO 50 的内核线程里、在 bh 关闭状态下运行，可以被更高优先级任务抢占。代价是每个中断多一次线程唤醒与上下文切换（~2–5 µs），高中断率设备的吞吐下降；收益是 hardirq 停留时间从「驱动决定」变成「几 µs」，并且中断优先级变得可配置（chrt）。

第一层：从设备中断到任务唤醒

先看结论：hardirq 只剩几 µs 的唤醒桩，驱动逻辑在 SCHED_FIFO 50 的线程里跑，中断从此有了可配置的优先级。

非 RT驱动 handler + softirq 整段不可抢占

同一场景 · 换成 PREEMPT_RT 内核

PREEMPT_RTprimary 只唤醒线程，驱动逻辑在线程里跑

第二层：内核路径逐步对照

先看结论：force_irqthreads() 编译期恒真；非 NO_THREAD/PERCPU/ONESHOT 的中断全部被强制 ONESHOT + 线程化，线程里只关 bh、不关中断。

非 RTirqentry → handler → irq_exit 里的 softirq 循环

同一场景 · 换成 PREEMPT_RT 内核

PREEMPT_RTprimary → IRQ_WAKE_THREAD → irq_thread → irq_forced_thread_fn

强制线程化的开关

include/linux/interrupt.h:516-525：

#ifdef CONFIG_IRQ_FORCED_THREADING
# ifdef CONFIG_PREEMPT_RT
#  define force_irqthreads()    (true)
# else
DECLARE_STATIC_KEY_FALSE(force_irqthreads_key);
#  define force_irqthreads()    (static_branch_unlikely(&force_irqthreads_key))
# endif

注意 PREEMPT_RT 并不 select IRQ_FORCED_THREADING（kernel/Kconfig.preempt:70-86 里没有），该符号由各架构自己选（arch/x86/Kconfig:297、arch/arm64/Kconfig:249、arch/riscv/Kconfig:187 等）；RT 只是把运行时判断改成常量。非 RT 内核用 threadirqs 启动参数打开同样的机制（kernel/irq/manage.c:27-35，Documentation/admin-guide/kernel-parameters.txt:6725-6727），RT 上这个参数不存在。

谁被线程化、谁豁免

kernel/irq/manage.c:1368-1400 irq_setup_forced_threading()：

• 豁免：IRQF_NO_THREAD、IRQF_PERCPU、IRQF_ONESHOT（:1372）。IRQF_TIMER 自带 IRQF_NO_THREAD（include/linux/interrupt.h:90）；NMI 也不线程化（:2341, 2696）。arm64 上：arch timer 的 PPI（drivers/clocksource/arm_arch_timer.c:1251-1269）与 IPI（arch/arm64/kernel/smp.c:1077-1084）都用 request_percpu_irq()——flags 为 0，但它们是 percpu-devid 中断，天然不进强制线程化；内存映射 timer 用 IRQF_TIMER（arm_arch_timer.c:1326）。因此 arm64 RT 上留在 hardirq 的只有 arch timer、IPI 和显式 IRQF_NO_THREAD 的设备。
• 已经用 request_threaded_irq() 且 primary 为 irq_default_primary_handler 的驱动不需要再处理（:1375-1380）。
• 其余：new->flags |= IRQF_ONESHOT（:1382）——线程跑完前保持本中断线屏蔽；如果驱动同时有 primary 和 thread_fn，primary 也被搬进一个 secondary 线程（:1384-1399）。

线程本身

• 创建：kthread_create(irq_thread, new, "irq/%d-%s", irq, new->name)（manage.c:1457-1468），继承中断亲和性（:1488）。
• 优先级：irq_thread() 第一件事是 sched_set_fifo(current)（:1310）→ MAX_RT_PRIO / 2 = 50（kernel/sched/syscalls.c:856-861，include/linux/sched/prio.h:16）。内核注释（syscalls.c:836-853）直言 SCHED_FIFO 无法做资源管理，所以内核自己创建的 FIFO 线程一律放在 50，必须由管理员按业务重新排定。
• 主循环（:1321-1329）：irq_wait_for_interrupt() 等 IRQTF_RUNTHREAD 置位 → handler_fn() → wake_threads_waitq()（synchronize_irq() 等的就是它）。
• 处理函数（:1184-1207）irq_forced_thread_fn()：

local_bh_disable();
if (!IS_ENABLED(CONFIG_PREEMPT_RT))
    local_irq_disable();          /* 非 RT + threadirqs 时还要模拟关中断 */
ret = action->thread_fn(action->irq, action->dev_id);
...
irq_finalize_oneshot(desc, action);   /* 解除屏蔽 */
if (!IS_ENABLED(CONFIG_PREEMPT_RT))
    local_irq_enable();
local_bh_enable();                     /* 期间 raise 的 softirq 在这里就地跑 */

注释（:1184-1189）解释了为什么要关 bh：没有显式申请线程化的驱动依赖 hardirq 隐含的 bh/preempt 关闭。RT 下只关 bh（那是一把 per-CPU 锁，第 04 章），中断保持打开。显式 request_threaded_irq() 的 thread_fn 走 irq_thread_fn()（:1209-1225），什么都不关，完全可抢占。

hardirq 侧

kernel/irq/handle.c:139-177：遍历 action，调用 primary，返回 IRQ_WAKE_THREAD 时 __irq_wake_thread()（:61-76）——test_and_set_bit(IRQTF_RUNTHREAD) 保证多次硬中断合并成一次线程运行。irq_exit() 在 RT 下不跑 softirq，只唤醒 ksoftirqd（kernel/softirq.c:295-299）。

网络驱动的联动

Documentation/networking/napi.rst:145-148：napi_schedule_irqoff() 在中断线程化（如 RT）时退化为 napi_schedule()；实现见 net/core/dev.c:6339-6351，因为「hard IRQ 已关」的假设在 RT 上不成立。RT 还拒绝 irqfixup/irqpoll 启动参数（kernel/irq/spurious.c:450-468）。

ARM64：GIC、伪 NMI 与 PMR 屏蔽

• 线程化能力：arch/arm64/Kconfig:249 select IRQ_FORCED_THREADING；GIC SPI（外设中断）全部可线程化，PPI/SGI（arch timer、IPI）不可。IPI 在 /proc/interrupts 里被 IRQ_HIDDEN 隐藏（smp.c:1091）。
• 伪 NMI：CONFIG_ARM64_PSEUDO_NMI（arch/arm64/Kconfig:2292-2305）+ 启动参数 irqchip.gicv3_pseudo_nmi=1（定义在 arch/arm64/kernel/cpufeature.c:1093-1097，不在 irqchip 驱动里）。GICv3 用中断优先级模拟 NMI：include/linux/irqchip/arm-gic-v3-prio.h:28-32 定义 GICV3_PRIO_UNMASKED 0xe0、GICV3_PRIO_IRQ 0xc0、GICV3_PRIO_NMI 0x80。只有 IPI_CPU_STOP_NMI、IPI_CPU_BACKTRACE、IPI_KGDB_ROUNDUP 三种 IPI 以及 PMU 中断会成为伪 NMI（smp.c:1016-1025）。
• 对 RT 的影响：开启后 local_irq_disable()/enable() 从 msr daifset/daifclr 变成写 ICC_PMR_EL1 + pmr_sync()（arch/arm64/include/asm/irqflags.h:38-39, 67-68），若硬件不支持 relaxed 同步还要加屏障（drivers/irqchip/irq-gic-v3.c:2045-2046 打印 "forced ICC_PMR_EL1 synchronisation"）——每次关/开中断多几 ns 到几十 ns；伪 NMI 返回不做抢占（第 01 章）；NMI 处理函数里只能用 raw_spinlock_t。interrupts_enabled(regs) 同时检查 PSTATE.I 与 regs->pmr_save（arch/arm64/include/asm/ptrace.h:215-221）。
• 硬死锁检测：arm64 的 perf 硬死锁检测器要求伪 NMI（arch/arm64/Kconfig:224-225, 232；arch/arm64/kernel/watchdog_hld.c:28-35：没有伪 NMI 时 PMU 中断只是普通 IRQ，检测器名存实亡）；6.12.107 上游没有 SDEI 看门狗。采样周期按 cpufreq_get_hw_max_freq() 的周期数计算（watchdog_hld.c:16-25），受 DVFS 影响。
• PMU 中断：drivers/perf/arm_pmu.c:636-637 用 IRQF_NOBALANCING | IRQF_NO_AUTOEN | IRQF_NO_THREAD 注册，有伪 NMI 时改 request_percpu_nmi()（:652）——perf 采样永远在 hardirq/NMI，采样率高时是自带的抖动源。
• PCIe MSI-X（ITS LPI）：GICv3 ITS 的 LPI 支持亲和性（drivers/irqchip/irq-gic-v3-its.c:1678, 1991 its_set_affinity），多队列网卡/NVMe 的 managed 中断用 isolcpus=managed_irq 排除隔离核。
• 安全岛 IPC：mailbox 驱动多为普通 request_irq（如 drivers/mailbox/tegra-hsp.c:711, 858，flags 0）或本就线程化（drivers/mailbox/omap-mailbox.c:233），RT 下都变成 irq 线程——Cortex-R 安全岛到 Linux 的通知延迟由该线程的优先级决定，要显式 chrt。
• 优先级：sched_set_fifo() 与 x86 相同（50）；Documentation/admin-guide/kernel-parameters.txt:2417-2420 明确 irqchip.gicv3_pseudo_nmi 是 [ARM64] 专属。

性能影响

净影响：hardirq 停留时间从「驱动决定」变为常数；每个中断多一次线程切换，高中断率设备吞吐下降 5–40%。

源码定位

调优要点

• ps -eo pid,cls,rtprio,psr,comm | grep 'irq/' 看清每个中断线程的优先级和 CPU；把 RT 应用真正依赖的设备（如 EtherCAT 网卡）提到 RT 应用之上（例如 85），其余保持 50 或降到更低。
• 中断亲和性决定线程亲和性：irqaffinity= 启动参数 + /proc/irq/*/smp_affinity，把非关键设备的中断全部赶到 housekeeping CPU。
• 高吞吐网卡在 RT 上建议开启硬件中断合并（ethtool -C），补偿线程化的每中断开销。
• 驱动作者：不要在 primary handler 里做任何会睡眠的事（RT 下 spin_lock_t 会睡）；确实需要 hardirq 语义的用 IRQF_NO_THREAD + raw_spinlock_t，并接受它进入所有任务的最坏延迟。

小结

• 线程化的开关不在 Kconfig 而在 include/linux/interrupt.h:516-525 的一个宏；threadirqs 参数在 RT 上不存在。
• irq 线程默认 FIFO 50，内核注释明说「管理员必须自己配置」；关键设备提到 RT 应用之上，其余可以压低。
• 网络驱动的 napi_schedule_irqoff() 在 RT 上退化为 napi_schedule()；irqfixup/irqpoll 被拒绝。
• 承上启下：驱动逻辑进了线程，它 raise 的 softirq 也就跟着进了线程——下一章。