Linux性能优化实战学习笔记六-中断

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doubf 2024-04-18 14:08:43 博主文章分类：linux ©著作权

文章标签 软中断中断处理 文章分类 运维

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从“取外卖”看中断

中断时系统用来响应硬件设备请求的一种机制，它会打断进程的正常调度和执行，然后调用内核中的中断处理程序来响应设备的请求。

你可能要问了，为什么要有中断呢？举个生活中的例子，让你感受下中断的魅力。

比如你订了一份外卖，但是不确定外卖什么时候送到，也没有别的方法了解外卖的进度，但是，配送员送外卖是不等人的，到了你这儿没人取的话，就直接走人了。所以你指能苦苦等着，时不时去门口看看外卖送到没，而不能干其他事情。

不过呢，如果你在订外卖的时候，你就跟配送员约定好，让他送到后给你打个电话，你就不用苦苦等待了，就可以去忙别的事情，直到电话一响，接电话、取外卖就可以了。

这里的"打电话"，其实就是一个中断。没接到电话的时候，你可以做其他的事情；只有接到了电话(也就是发生中断)，你才要进行另一个动作：取外卖这个例子你就可以发现，中断其实就是一种异步的事件处理机制，可以提高系统的并发处理能力。

由于中断处理程序会打断其他进程的运行，所以，为了减少对正常进程运行调度的影响，中断处理程序需要尽可能快的运行。如由于中断本身要做的事情不多，那么处理起来也不会有太大的问题；但如果中断要处理的事情很多，中断服务程序就有可能要运行很长时间。

特别是，中断处理程序在响应中断时，还会临时关闭中断。这就会导致上一次中断处理完成之前，其他中断都不能响应，也就是说中断可能会丢失。

假如你定了2分外卖，一份主食和一份饮料，并且是由2个不同的配送员来配送。两份外卖都约定了电话取外卖的方式，但是问题又来了，当第一份外卖送到的，配送员给你打了个长长的电话，商量发票的处理方式，与此同时，第二个配送员也到了，也想给你打电话，但是很明显，因为电话占线（也就是关闭了中断响应），第二个配送员的电话是打不通的。所以，第二个配送员很可能试了几次后就走掉了（也就是丢失了一次中断）。

软中断

如果你弄清楚了“取外卖”的模式，那对系统的中断机制就很容易理解了。事实上，为了解决中断处理程序执行过长和中断丢失的问题，linux将中断处理过程分成了两个阶段，也就是上半部和下半部：

上半部用来快速处理中断：它在中断禁止模式下运行，只要处理跟硬件紧密相关的时间敏感的工作。
下半部分用来延迟处理上半部分未完成的工作：通常一内核线程的方式运。

这两个阶段你可以这样理解：

上半部分直接处理硬件请求，也就是我们常说的硬中断，特点是快速执行

而下半部则是由内核触发，也就是我们常说的软中断，特点是延迟执行

实际上，上半部会打断CPU正在执行的任务，然后立即执行中断处理程序，而下半部以内核线程的方式执行，并且每个CPU都对应一个软中断

内核线程，名字为"ksoftirqd/CPU 编号" 比如0号CPU对应的软中断内核线程的名字就是ksoftirqd/0

注意事项：

软中断不只包括了刚刚所讲的硬件设备中断处理程序的下半部。一些内核自定义的时间也属于软中断，比如内核调度和RCU锁
（Read-Copy Update 的缩写，RCU 是 Linux 内核中最常用的锁之一）等。

查看软中断和内核线程

不知道你还记不记得，前面提到过的proc文件系统。她是一种内核空间和用户空间进行通信的机制，可以用来查看内核的数据结构，或者用来动态修改内核的配置。其中：

/proc/softirqs提供了软中断的运行情况
/proc/interrupts提供了硬中断的运行情况

# cat /proc/softirqs
                    CPU0       CPU1       CPU2       CPU3       CPU4       CPU5       CPU6       CPU7
          HI:          1          0          0          0          0          0          0          0
       TIMER:   91465557   75078967   99549386   74936020   92918225   59243402   92919973   58735897
      NET_TX:          7          9          8         10          8         11          5          8
      NET_RX:   10462869   10402563   10232492   50570620   10442656   49829946   10726373   89459403
       BLOCK:       4831          0   11032160          0          0          0          0          0
BLOCK_IOPOLL:          0          0          0          0          0          0          0          0
     TASKLET:          5          3         26          4          2          5          2          4
       SCHED:   40910608   31925972   51753270   18248274   39602169   16387318   39118080   16326508
     HRTIMER:          0          0          0          0          0          0          0          0
         RCU:   56137399   38856963   59327894   27917659   56945439   29177149   56783540   29259905

TIMER(定时中断)、NET_RX(网络接收)、SCHED(内核调度)、RCU(RCU锁)

1、TASKLET在不同CPU上的分布并不均匀，TASKLET是最常用的软中断实现机制，每TASKLET个只运行一次就会结束，并且只在调用它的函数所在的CPU上运行。因为使用TASKLET特别简便，当然也会存在一些问题，比如说由于只在一个cpu上运行导致调度不均衡，再比如因为不能在多个CPU上并行运行带来了性能限制。

2、另外，刚刚提到过，软中断实际上是以内核线程的方式运行的，每个CPU都对应一个软中断内核线程，这个软中断内核线程叫做ksoftirqd/CPU 编号。那要怎么查看这些线程的运行呢？

# ps aux |grep softirq
root         6  0.0  0.0      0     0 ?        S     2023   0:10 [ksoftirqd/0]
root        14  0.0  0.0      0     0 ?        S     2023   0:10 [ksoftirqd/1]
root        19  0.0  0.0      0     0 ?        S     2023   0:11 [ksoftirqd/2]
root        24  0.0  0.0      0     0 ?        S     2023   0:11 [ksoftirqd/3]
root        29  0.0  0.0      0     0 ?        S     2023   0:10 [ksoftirqd/4]
root        34  0.0  0.0      0     0 ?        S     2023   0:13 [ksoftirqd/5]
root        39  0.0  0.0      0     0 ?        S     2023   0:10 [ksoftirqd/6]
root        44  0.0  0.0      0     0 ?        S     2023   0:15 [ksoftirqd/7]