小林图解系统-二.硬件结构 2.6什么是软中断？

中断是什么？

中断是系统用来响应硬件设备请求的一种机制，操作系统收到硬件的中断请求，会打断正在执行的进程，然后调用内核中的中断处理程序来相应请求。

中断好比外卖打电话，打了电话可以停下手中的事情

中断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。

操作系统收到了中断请求，会打断其他进程的运行，所以中断请求的相应程序，也就是中断处理程序，要尽可能快的执行，减少对正常进程运行调度的影响。

中断处理程序在相应中断时，还会[临时关闭中断]，如果当前中断处理程序没有执行完之前，系统中其他的中断请求都无法被响应，也就是说中断有可能会丢失，所以中断处理程序要短且快。

---

什么是软中断？

Linux系统为了解决中断处理程序执行过长和中断丢失问题，将中断过程分为了两个阶段，分别是[上半部和下半部]。

• 上半部用来快速处理中断，一般会暂时关闭中断请求，主要负责处理跟硬件紧密相关或者时间敏感的事情。[打电话告诉配送员我正在下楼]
• 下半部用来延迟处理上半部未完成的工作，一般以[内核线程]的方式运行。[下楼后跟配送员说其他事情]

举例：网卡接受网络包，通过DMA方式将接收到的数据写入内存，通过硬件中断通知内核有新的数据到了，于是内核就会调用对应的中断处理程序来处理程序来处理事件，这个事件的处理也会分成上半部分和下半部分。

上半部分，会禁止网卡中断，避免频繁硬中断，而降低内核的工作效率。

接着，内核会触发一个软中断，把一些处理比较耗时复杂的事情，交给[软中断处理程序]去做，也就是中断的下半部，主要是需要从内存中找到网络数据，在按照网络协议栈，对网络数据进行逐层解析和处理，最后把数据送给应用程序。

所以中断处理程序的上半部分和下半部分可以理解为：

• 上半部直接处理硬件请求，也就是硬中断，主要是扶着耗时短的工作，特点是快速执行。
• 下半部是由内核触发，也就是软中断，主要负责上半部未完成的工作，通常都是耗时比较长的事情，特点是延迟执行；

区别：硬中断会大段CPU正在执行的任务，然后立即执行中断处理程序，而软中断是以内核线程的方式执行，每一个CPU都对应一个软中断内核线程，名字通常为[ksoftirqd/CPU编号]，比如0号CPU对应的软中断内核线程的名字是ksoftirqd/0。

不过，软中断不只是包括硬件设备中断处理程序的下半部，一些内核自定义事件也属于软中断，比如内核调度，RCU锁等。

---

系统里有哪些软中断？

/proc/softirqs知晓软中断的运行情况

/proc/interrupts知晓硬中断的运行情况

NET_RX：网络接受中断

NET_TX：网络发送中断

TIMER：定时中断

RCU：RCU锁中断

SCHED：内核调度中断

关注系统的中断次数的变化速率，使用watch -d cat /proc/softiqs命令查看

---

如何定位软中断CPU使用率过高的问题？

top命令，知道当前的系统的软中断的情况

si：CPU在软中断上的使用率

如果发现NET_RX网络接受中断次数的变化速率过快，接下来就可以使用sar -n DEV查看网卡的网络包接受速率情况，然后分析是哪个网卡有大量的网络包进来。

通过tcpdump抓包，分析包的来源，如果是非法地址，考虑加防火墙，如果是正常流量，考虑硬件升级。

---

总结

为了避免由于中断处理程序执行时间过长，而影响正常进程的调度，Linux 将中断处理程序分为上半部和下半部：

• 上半部，对应硬中断，由硬件触发中断，用来快速处理中断；
• 下半部，对应软中断，由内核触发中断，用来异步处理上半部未完成的工作；

Linux 中的软中断包括网络收发、定时、调度、RCU 锁等各种类型，可以通过查看 /proc/softirqs 来观察软中断的累计中断次数情况，如果要实时查看中断次数的变化率，可以使用 watch -d cat /proc/softirqs 命令。

每一个 CPU 都有各自的软中断内核线程，我们还可以用 ps 命令来查看内核线程，一般名字在中括号里面到，都认为是内核线程。

如果在 top 命令发现，CPU 在软中断上的使用率比较高，而且 CPU 使用率最高的进程也是软中断 ksoftirqd 的时候，这种一般可以认为系统的开销被软中断占据了。

这时我们就可以分析是哪种软中断类型导致的，一般来说都是因为网络接收软中断导致的，如果是的话，可以用 sar 命令查看是哪个网卡的有大量的网络包接收，再用 tcpdump 抓网络包，做进一步分析该网络包的源头是不是非法地址，如果是就需要考虑防火墙增加规则，如果不是，则考虑硬件升级等。