04 · softirq 与网络栈：从中断返回路径搬到线程

结论：非 RT 内核在 irq_exit() 上就地执行 softirq，最长 2 ms / 10 轮不可抢占，超出才交给 ksoftirqd。RT 内核彻底不在 hardirq 上下文跑 softirq：raise 只是置位 + 唤醒，实际执行发生在 irq 线程的 local_bh_enable() 里或 ksoftirqd 里；local_bh_disable() 从「preempt_count 加 512」变成拿 per-CPU 的 softirq_ctrl.lock（一把 rt_mutex）。网络栈随之做了一系列 RT 分支：backlog NAPI 恒为线程、__napi_schedule_irqoff 退化、qdisc busylock 恒争用、xmit 递归计数改为 per-task。

第一层：谁在什么上下文里跑 softirq

先看结论：RT 彻底不在 hardirq 上下文跑 softirq，2 ms 的不可抢占黑洞消失；网络栈为此做了一整套 RT 分支。

非 RTirq_exit 上最长 2ms 的不可抢占段

同一场景 · 换成 PREEMPT_RT 内核

PREEMPT_RTsoftirq 在 irq 线程 / ksoftirqd 里，可被 RT 任务抢占

第二层：kernel/softirq.c 的两个分支

先看结论：local_bh_disable() 从加计数变成拿 per-CPU 锁，pending softirq 在 bh_enable 时就地跑或交给 ksoftirqd；ksoftirqd 仍是普通优先级。

非 RTraise → irq_exit → __do_softirq 循环 → ksoftirqd

同一场景 · 换成 PREEMPT_RT 内核

PREEMPT_RTsoftirq_ctrl 本地锁、bh 段可抢占、pending 在线程里消化

计数模型

kernel/softirq.c:91-105：非 RT 的「count」就是 preempt_count；RT 的 count 是 per-CPU 的 softirq_ctrl.cnt 加上 task_struct::softirq_disable_cnt（include/linux/sched.h:1225-1227）。softirq_count() 在 RT 上读任务字段而不是 preempt_count（include/linux/preempt.h:110-116），因此 bh 关闭段可以被抢占、甚至睡眠，而 in_serving_softirq()/in_task() 仍能给出正确答案（:128-133）。

RT 的 local_bh_disable()

kernel/softirq.c:120-127 定义 struct softirq_ctrl { local_lock_t lock; int cnt; }；local_lock_t 在 RT 下就是 spinlock_t（include/linux/local_lock_internal.h:127）。__local_bh_disable_ip()（:156-185）：

• WARN_ON_ONCE(in_hardirq())（:161）——RT 上 hardirq 里不允许 local_bh_disable()。
• 任务首次进入 bh 关闭段且可抢占时：local_lock(&softirq_ctrl.lock) + rcu_read_lock()（:165-174）。
• 计数写入 per-CPU 变量并镜像到 current->softirq_disable_cnt（:176-185）。

__local_bh_enable_ip()（:218-264）是 RT 上真正执行 softirq 的地方：最外层退出且有 pending 时，若当前上下文不可抢占则只 wakeup_softirqd()（:244-251），否则把计数调到 SOFTIRQ_OFFSET 后直接 __do_softirq()（:253-259）——在调用者自己的线程、自己的优先级上跑。

raise 与 ksoftirqd

• RT 的 invoke_softirq()（:295-299）只在 should_wake_ksoftirqd()（:290-293，即本 CPU 没人持 bh 锁）时唤醒 ksoftirqd；非 RT 版本（:444-465）在没开 threadirqs 时直接在 IRQ 栈上 __do_softirq()。
• raise_softirq_irqoff()（:695-710）两种内核共用，差异全部由 should_wake_ksoftirqd() 承担。
• 预算：MAX_SOFTIRQ_TIME = msecs_to_jiffies(2)、MAX_SOFTIRQ_RESTART = 10（:500-501）；handle_softirqs()（:536-603）超预算或 need_resched() 时唤醒 ksoftirqd。RT 上 ksoftirqd 里不再报告 RCU 静止态（:591-592）。
• ksoftirqd 仍是 SCHED_OTHER（:992-997 没有设置 FIFO），所以在 RT 上任何 RT 任务都能压住它——网络吞吐下降的主要来源之一。
• SOFTIRQ_ON_OWN_STACK 在 RT 下关闭（arch/Kconfig:1046）：softirq 在任务栈上跑。
• tasklet：tasklet_unlock_spin_wait() 在 RT 上用 local_bh_disable(); local_bh_enable(); 代替 cpu_relax() 自旋（:876-887），否则抢占了 softirq 线程的任务会活锁。
• idle 路径：tick-sched.c:1164-1166 在 bh 锁被持有时压掉「softirq pending 但要停 tick」的告警。

网络栈的 RT 分支（net/core/dev.c）

netif_rx()（:5374-5387）在任务上下文调用时自动 local_bh_disable()——RT 上驱动都从 irq 线程调用它，所以这条路径成为常态。

ARM64 注

• 非 RT 的 arm64 在独立 IRQ 栈上跑 softirq：arch/arm64/Kconfig:270 select HAVE_SOFTIRQ_ON_OWN_STACK，arch/arm64/kernel/irq.c:84-86 do_softirq_own_stack() → call_on_irq_stack()；RT 下 SOFTIRQ_ON_OWN_STACK 被 arch/Kconfig:1046 关闭，softirq 在任务栈上执行（THREAD_SIZE 需容纳得下网络栈深度，arm64 默认 16K）。
• 网卡驱动在 arm64 SoC 上多为 DT 平台设备（stmmac、fec、dwmac 等），中断为 GIC SPI，可线程化；napi/、ksoftirqd 的亲和性同样要落在 housekeeping CPU。
• TSN：taprio 的门控定时器用 HRTIMER_MODE_ABS（net/sched/sch_taprio.c:1953, 2077），RT 下变 soft 到期、在 softirq 线程里跑，软件门控的抖动从几 µs 升到几十 µs——车载以太网时间敏感流量应使用硬件 offload（taprio flags 0x2）或 etf 的硬件 SO_TXTIME；gPTP（ptp4l）本身跑用户态，给它 FIFO 优先级即可。

性能影响

净影响：softirq 不再贡献最坏延迟；网络小包 pps 是所有负载中退化最大的一项（60%–90%）。

源码定位

调优要点

• ps -eo pid,cls,rtprio,psr,comm | grep -E 'ksoftirqd|napi/'：确认它们都在 housekeeping CPU；必要时把关键网卡的 napi/ 或 irq/ 线程 chrt -f 到合适优先级。
• 吞吐优先的网卡：ethtool -C <if> rx-usecs 50 adaptive-rx on 做硬件合并；sysctl net.core.netdev_budget_usecs 适当增大。
• RT 应用不要依赖 local_bh_disable() 提供的「独占本 CPU」语义（RT 下它不成立）；内核代码同理，per-CPU 数据要用 local_lock/local_lock_nested_bh。

小结

• softirq_ctrl 一把 per-CPU local_lock_t 就是 RT 的 bh 语义；计数镜像到 task->softirq_disable_cnt。
• irq_exit() 在 RT 上只唤醒 ksoftirqd；softirq 的真正执行点是 irq 线程的 local_bh_enable()。
• 网络栈：backlog NAPI 恒线程化、busylock 恒争用、xmit 状态 per-task、默认不开软 IRQ 合并——都是为了「持 bh 的任务可能被抢占」。
• 承上启下：softirq 里跑得最多的是定时器到期——下一章讲 RT 怎样把定时器也分流到线程。