什么是软中断

看这位老哥是怎么解释的

假如说你订了一份外卖,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。所以你只能苦苦等着,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,那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。

不难得出, 中断其实是一种异步的事件处理机制,可以提供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。如果中断本身要做的事情不多,那么处理起来也不会有太大问题;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,也就是说中断有可能会丢失。

那么还是以取外卖为例。假如你订了 2 份外卖,一份主食和一份饮料,并且是由 2 个不同的配送员来配送。这次你不用时时等待着,两份外卖都约定了电话取外卖的方式。但是,问题又来了。

当第一份外卖送到时,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几次后就走掉了(也就是丢失了一次中断)。

软中断

如果弄清楚了 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, 它在中断进制模式下运行,主要处理跟硬件紧密相关的或时间敏感的工作。

下半部 用来处理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。

比方说前面取外卖的例子,上半部就是接听电话,告诉配送员你已经知道了,其他事见面再说,然后就挂电话了;下半部才是去外卖的动作,以及见面后做任何事的动作。

这样配送员不会占用太多时间,第二个配送员过来时,照常可以接待。


除了取外卖,再举个常见的网卡接收数据包的例子

网卡接收数据包后,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, 你可以自己先想一下,这种情况下的上半部和下半部分别负责了什么工作?

对于上半部来说,既然是快速处理,其实就是要把网卡的数据读到内存中, 然后更新一下硬件的寄存器的状态(表示数据已经读好了) ,最后在发送一个软中断信号,通知下半部做进一步的处理

而下半部被软中断信号唤醒后,需要从内存中找到网络数据,再按照网络协议栈对数据进行逐层解析和处理,直到把它送给应用程序。

所以这两个阶段可以这样理解: 上半部直接处理硬件请求,也就是我们常说的 硬中断,特点是 快速执行

                       下半部则是又内核触发,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”,比如说, 0 号 CPU 对应的软中断内核线程的名字就是 ksoftirqd/0。可以使用ps aux | grep softirq查看。

查看软中断


     cat  /proc/softirqs 提供了软中断的运行情况

     cat  /proc/interrupts 提供了硬中断的运行情况

作者:SnailFast
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来源:简书

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