05Linux软中断-Linux性能优化

例子说明

  • 比如订了一份外卖,你跟配送员预定了,让他送到了以后给你打电话,这样你不用站在家门口一直干等着他什么时候到。你可以在这个时间里去做别的事情。在这里“打电话”其实就是一个中断,没接到电话的时候,你可以做其他事情;只有接到了电话(也就是发送了中断),你才要进入另外一个动作:取外卖。
  • 在这个例子你可以发现:中断其实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,中断处理程序就需要尽可能快地运行。特别的,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,也就是说中断可能有丢失。
  • 比如你订了2份外卖,第一份外卖到了,此时接到电话一直在商量发票的问题,结果第二个外卖到了以后由于占线无法拨通你的电话。所以你就错过了第二份外卖(中断丢失)。

理解软中断

  • 实际上为了解决中断处理程序执行过长或者中断丢失的问题,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,主要处理跟硬件紧密相关的或时间敏感的工作。
    • 下半部用来延迟处理上半部未完成的工作,通常以内核线程的方式运行。
  • 比如说前面取外卖的例子,上半部就是你接听到电话,告诉配送员你已经知道,挂掉电话后当面商量。下半部才是取外卖的动作。这样第一个配送员不会占用你太多时间,第二个配送员过来时,照样可以打通你的电话。

  • 又比如网卡接收到数据包以后,会通过硬件中断的方式,通知内核有新的数据到了,这时,内核就应该调用中断处理程序来响应它。那么这里的上半部就是把网卡的数据读到内存中,然后更新一下硬件寄存器的状态,最后再发送一个软中断信号,通知下半部做进一步处理。
  • 实际上,上半部会打断CPU正在执行的任务,然后即可执行中断处理程序。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ksofitirqd/CPU编号,比如1号CPU对应的软中断内核线程的名字就是ksoftirqd/1

查看软中断

  • /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。
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$ cat /proc/softirqs
CPU0 CPU1
HI: 0 0
TIMER: 811613 1972736
NET_TX: 49 7
NET_RX: 1136736 1506885
BLOCK: 0 0
IRQ_POLL: 0 0
TASKLET: 304787 3691
SCHED: 689718 1897539
HRTIMER: 0 0
RCU: 1330771 1354737
  • 在查看/proc/softirqs文件内容时,特别要注意:
    • 第一列内容为中断的类型,可以看到有10种类型的中软断,分别对应不同的工作类型,比如NET_RX表示网络接收中断, NET_TX表示网络发送中断。
    • 第二列为中断在CPU上的累计次数。一般同一种类型的软中断,在每个CPU的累计次数相差不大,在同一个数量级,比如NET_RX
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