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[26349] 2021-01-13_点个外卖，我把「软中断」搞懂了

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-19
2021-01-13_点个外卖，我把「软中断」搞懂了 点 个 外 卖 ， 我 把 「 软 中 断 」 搞 懂 了 L i n u x 学 习   2 0 2 1 - 0 1 - 1 3 以 下 文 章 来 源 于 小 林 c o d i n g   ， 作 者 小 林 c o d i n g 来 自 公 众 号 ： 来 自 公 众 号 ： 小 林 小 林 c o d i n g 最 近 ， 某 团 外 卖 被 爆 出 大 数 据 杀 熟 ， 所 谓 的 大 数 据 杀 熟 指 的 是 平 台 利 用 户 的 数 据 ， 分 析 你 是 否 是 钱 多 的 人 ， 或 者 是 否 是 不 纠 结 价 格 的 人 ， 如 果 是 ， 那 么 你 买 同 样 的 物 品 会 比 普 通 用 户 贵 一 点 ， 一 般 这 种 没 有 特 地 去 对 比 价 格 是 很 难 发 现 的 ， 所 以 平 台 就 利 用 了 这 点 额 外 赚 一 些 钱 。 说 来 很 可 笑 ， 我 们 作 为 平 台 的 资 深 用 户 ， 竟 然 被 平 台 背 后 偷 偷 捞 一 笔 。 不 过 ， 大 数 据 杀 熟 早 已 是 屡 见 不 鲜 的 事 情 了 ， 事 实 上 ， 几 乎 所 有 大 平 台 都 存 在 这 种 现 象 ， 没 办 法 ， 这 就 是 真 实 的 互 联 网 。 刹 车 ， 大 数 据 杀 熟 的 话 题 就 说 到 这 了 ， 我 们 还 是 回 归 到 今 日 的 技 术 主 题 ： 什 么 是 软 中 断 ？ 什 么 是 软 中 断 ？ 。 中 断 是 什 么 ？ 先 来 看 看 什 么 是 中 断 ？ 在 计 算 机 中 ， 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 响 应 请 求 。 这 样 的 解 释 可 能 过 于 学 术 了 ， 容 易 云 里 雾 里 ， 我 就 举 个 生 活 中 取 外 卖 的 例 子 。 小 林 小 林 c o d i n g   . 图 解 得 了 技 术 ， 谈 吐 得 了 烟 火 。
小 林 中 午 搬 完 砖 ， 肚 子 饿 了 ， 点 了 份 白 切 鸡 外 卖 ， 这 次 我 带 闪 了 ， 没 有 被 某 团 大 数 据 大 熟 。 虽 然 平 台 上 会 显 示 配 送 进 度 ， 但 是 我 也 不 能 一 直 傻 傻 地 盯 着 呀 ， 时 间 很 宝 贵 ， 当 然 得 去 干 别 的 事 情 ， 等 外 卖 到 了 配 送 员 会 通 过 「 电 话 」 通 知 我 ， 电 话 响 了 ， 我 就 会 停 下 手 中 地 事 情 ， 去 拿 外 卖 。 这 里 的 打 电 话 ， 其 实 就 是 对 应 计 算 机 里 的 中 断 ， 没 接 到 电 话 的 时 候 ， 我 可 以 做 其 他 的 事 情 ， 只 有 接 到 了 电 话 ， 也 就 是 发 生 中 断 ， 我 才 会 停 下 当 前 的 事 情 ， 去 进 行 另 一 个 事 情 ， 也 就 是 拿 外 卖 。 从 这 个 例 子 ， 我 们 可 以 知 道 ， 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 响 应 程 序 ， 也 就 是 中 断 处 理 程 序 ， 要 中 断 请 求 的 响 应 程 序 ， 也 就 是 中 断 处 理 程 序 ， 要 尽 可 能 快 的 执 行 完 ， 这 样 可 以 减 少 对 正 常 进 程 运 行 调 度 地 影 响 。 尽 可 能 快 的 执 行 完 ， 这 样 可 以 减 少 对 正 常 进 程 运 行 调 度 地 影 响 。 而 且 ， 中 断 处 理 程 序 在 响 应 中 断 时 ， 可 能 还 会 「 临 时 关 闭 中 断 」 ， 这 意 味 着 ， 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 说 中 断 有 可 能 会 丢 失 ， 所 以 中 断 处 理 程 序 要 短 且 快 。 还 是 回 到 外 卖 的 例 子 ， 小 林 到 了 晚 上 又 点 起 了 外 卖 ， 这 次 为 了 犒 劳 自 己 ， 共 点 了 两 份 外 卖 ， 一 份 小 龙 虾 和 一 份 奶 茶 ， 并 且 是 由 不 同 地 配 送 员 来 配 送 ， 那 么 问 题 来 了 ， 当 第 一 份 外 卖 送 到 时 ， 配 送 员 给 我 打 了 长 长 的 电 话 ， 说 了 一 些 杂 七 杂 八 的 事 情 ， 比 如 给 个 好 评 等 等 ， 但 如 果 这 时 另 一 位 配 送 员 也 想 给 我 打 电 话 。 很 明 显 ， 这 时 第 二 位 配 送 员 因 为 我 在 通 话 中 （ 相 当 于 关 闭 了 中 断 响 应 ） ， 自 然 就 无 法 打 通 我 的 电 话 ， 他 可 能 尝 试 了 几 次 后 就 走 掉 了 （ 相 当 于 丢 失 了 一 次 中 断 ） 。 什 么 是 软 中 断 ？ 前 面 我 们 也 提 到 了 ， 中 断 请 求 的 处 理 程 序 应 该 要 短 且 快 ， 这 样 才 能 减 少 对 正 常 进 程 运 行 调 度 地 影 响 ， 而 且 中 断 处 理 程 序 可 能 会 暂 时 关 闭 中 断 ， 这 时 如 果 中 断 处 理 程 序 执 行 时 间 过 长 ， 可 能 在 还 未 执 行 完 中 断 处 理 程 序 前 ， 会 丢 失 当 前 其 他 设 备 的 中 断 请 求 。 那   L i n u x   系 统 为 了 解 决 中 断 处 理 程 序 执 行 过 长 和 中 断 丢 失 的 问 题 ， 将 中 断 过 程 分 成 了 两 个 阶 段 ， 分 别 是 为 了 解 决 中 断 处 理 程 序 执 行 过 长 和 中 断 丢 失 的 问 题 ， 将 中 断 过 程 分 成 了 两 个 阶 段 ， 分 别 是 「 上 半 部 和 下 半 部 分 」 「 上 半 部 和 下 半 部 分 」 。 上 半 部 用 来 快 速 处 理 中 断 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 。 下 半 部 用 来 延 迟 处 理 上 半 部 未 完 成 的 工 作 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 。 前 面 的 外 卖 例 子 ， 由 于 第 一 个 配 送 员 长 时 间 跟 我 通 话 ， 则 导 致 第 二 位 配 送 员 无 法 拨 通 我 的 电 话 ， 其 实 当 我 接 到 第 一 位 配 送 员 的 电 话 ， 可 以 告 诉 配 送 员 说 我 现 在 下 楼 ， 剩 下 的 事 情 ， 等 我 们 见 面 再 说 （ 上 半 部 ） ， 然 后 就 可 以 挂 断 电 话 ， 到 楼 下 后 ， 在 拿 外 卖 ， 以 及 跟 配 送 员 说 其 他 的 事 情 （ 下 半 部 ） 。 这 样 ， 第 一 位 配 送 员 就 不 会 占 用 我 手 机 太 多 时 间 ， 当 第 二 位 配 送 员 正 好 过 来 时 ， 会 有 很 大 几 率 拨 通 我 的 电 话 。 再 举 一 个 计 算 机 中 的 例 子 ， 常 见 的 网 卡 接 收 网 络 包 的 例 子 。 网 卡 收 到 网 络 包 后 ， 会 通 过 硬 件 中 断 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 响 应 该 事 件 ， 这 个 事 件 的 处 理 也 是 会 分 成 上 半 部 和 下 半 部 。
上 部 分 要 做 到 快 速 处 理 ， 所 以 只 要 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 ， 比 如 把 状 态 更 新 为 表 示 数 据 已 经 读 到 内 存 中 的 状 态 值 。 接 着 ， 内 核 会 触 发 一 个 软 中 断 软 中 断 ， 把 一 些 处 理 比 较 耗 时 且 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 ， 其 主 要 是 需 要 从 内 存 中 找 到 网 络 数 据 ， 再 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 部 分 和 下 半 部 可 以 理 解 为 ： 上 半 部 直 接 处 理 硬 件 请 求 ， 也 就 是 硬 中 断 上 半 部 直 接 处 理 硬 件 请 求 ， 也 就 是 硬 中 断 ， 主 要 是 负 责 耗 时 短 的 工 作 ， 特 点 是 快 速 执 行 ； 下 半 部 是 由 内 核 触 发 ， 也 就 说 软 中 断 下 半 部 是 由 内 核 触 发 ， 也 就 说 软 中 断 ， 主 要 是 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 ； 还 有 一 个 区 别 ， 硬 中 断 （ 上 半 部 ） 是 会 打 断   C P U   正 在 执 行 的 任 务 ， 然 后 立 即 执 行 中 断 处 理 程 序 ， 而 软 中 断 （ 下 半 部 ） 是 以 内 核 线 程 的 方 式 执 行 ， 并 且 每 一 个   C P U   都 对 应 一 个 软 中 断 内 核 线 程 ， 名 字 通 常 为 「 k s o f t i r q d / C P U   编 号 」 ， 比 如   0   号   C P U   对 应 的 软 中 断 内 核 线 程 的 名 字 是   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 等 、 R C U   锁 （ 内 核 里 常 用 的 一 种 锁 ） 等 。 系 统 里 有 哪 些 软 中 断 ？ 系 统 里 有 哪 些 软 中 断 ？ 在   L i n u x   系 统 里 ， 我 们 可 以 通 过 查 看     的   内 容 来 知 晓 「 软 中 断 」 的 运 行 情 况 ， 以 及     的   内 容 来 知 晓 「 硬 中 断 」 的 运 行 情 况 。 接 下 来 ， 就 来 简 单 的 解 析 下       文 件 的 内 容 ， 在 我 服 务 器 上 查 看 到 的 文 件 内 容 如 下 ： k s o f t i r q d / 0 / p r o c / s o f t i r q s / p r o c / i n t e r r u p t s / p r o c / s o f t i r q s
你 可 以 看 到 ， 每 一 个   C P U   都 有 自 己 对 应 的 不 同 类 型 软 中 断 的 累 计 运 行 次 数 累 计 运 行 次 数 ， 有   3   点 需 要 注 意 下 。 第 一 点 ， 要 注 意 第 一 列 的 内 容 ， 它 是 代 表 着 软 中 断 的 类 型 ， 在 我 的 系 统 里 ， 软 中 断 包 括 了   1 0   个 类 型 ， 分 别 对 应 不 同 的 工 作 类 型 ， 比 如     表 示 网 络 接 收 中 断 ，   表 示 网 络 发 送 中 断 、   表 示 定 时 中 断 、   表 示   R C U   锁 中 断 、   表 示 内 核 调 度 中 断 。 第 二 点 ， 要 注 意 同 一 种 类 型 的 软 中 断 在 不 同   C P U   的 分 布 情 况 ， 正 常 情 况 下 ， 同 一 种 中 断 在 不 同   C P U   上 的 累 计 次 数 相 差 不 多 ， 比 如 我 的 系 统 里 ，   在   C P U 0   、 C P U 1 、 C P U 2 、 C P U 3   上 的 中 断 次 数 基 本 是 同 一 个 数 量 级 ， 相 差 不 多 。 第 三 点 ， 这 些 数 值 是 系 统 运 行 以 来 的 累 计 中 断 次 数 ， 数 值 的 大 小 没 什 么 参 考 意 义 ， 但 是 系 统 的 中 断 次 数 的 变 中 断 次 数 的 变 化 速 率 化 速 率 才 是 我 们 要 关 注 的 ， 我 们 可 以 使 用     命 令 查 看 中 断 次 数 的 变 化 速 率 。 前 面 提 到 过 ， 软 中 断 是 以 内 核 线 程 的 方 式 执 行 的 ， 我 们 可 以 用     命 令 可 以 查 看 到 ， 下 面 这 个 就 是 在 我 的 服 务 器 上 查 到 软 中 断 内 核 线 程 的 结 果 ： N E T _ R X N E T _ T X T I M E R R C U S C H E D N E T _ R X w a t c h   - d   c a t   / p r o c / s o f t i r q s p s
可 以 发 现 ， 内 核 线 程 的 名 字 外 面 都 有 有 中 括 号 ， 这 说 明   p s   无 法 获 取 它 们 的 命 令 行 参 数 ， 所 以 一 般 来 说 ， 名 字 在 中 括 号 里 到 ， 都 可 以 认 为 是 内 核 线 程 。 而 且 ， 你 可 以 看 到 有   4   个     内 核 线 程 ， 这 是 因 为 我 这 台 服 务 器 的   C P U   是   4   核 心 的 ， 每 个   C P U   核 心 都 对 应 着 一 个 内 核 线 程 。 如 何 定 位 软 中 断   C P U   使 用 率 过 高 的 问 题 ？ 要 想 知 道 当 前 的 系 统 的 软 中 断 情 况 ， 我 们 可 以 使 用     命 令 查 看 ， 下 面 是 一 台 服 务 器 上 的   t o p   的 数 据 ： 上 图 中 的 黄 色 部 分   ， 就 是   C P U   在 软 中 断 上 的 使 用 率 ， 而 且 可 以 发 现 ， 每 个   C P U   使 用 率 都 不 高 ， 两 个   C P U   的 使 用 率 虽 然 只 有   3 %   和   4 %   左 右 ， 但 是 都 是 用 在 软 中 断 上 了 。 另 外 ， 也 可 以 看 到   C P U   使 用 率 最 高 的 进 程 也 是 软 中 断   ， 因 此 可 以 认 为 此 时 系 统 的 开 销 主 要 来 源 于 软 中 断 。 如 果 要 知 道 是 哪 种 软 中 断 类 型 导 致 的 ， 我 们 可 以 使 用   k s o f t i r q d t o p s i k s o f t i r q d w a t c h   - d   c a t   / p r o c / s o f t i r q s
  命 令 查 看 每 个 软 中 断 类 型 的 中 断 次 数 的 变 化 速 率 。 一 般 对 于 网 络   I / O   比 较 高 的   W e b   服 务 器 ，   网 络 接 收 中 断 的 变 化 速 率 相 比 其 他 中 断 类 型 快 很 多 。 如 果 发 现     网 络 接 收 中 断 次 数 的 变 化 速 率 过 快 ， 接 下 里 就 可 以 使 用     查 看 网 卡 的 网 络 包 接 收 速 率 情 况 ， 然 后 分 析 是 哪 个 网 卡 有 大 量 的 网 络 包 进 来 。 接 着 ， 在 通 过     抓 包 ， 分 析 这 些 包 的 来 源 ， 如 果 是 非 法 的 地 址 ， 可 以 考 虑 加 防 火 墙 ， 如 果 是 正 常 流 量 ， 则 要 考 虑 硬 件 升 级 等 。 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 ， L i n u x   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 w a t c h   - d   c a t   / p r o c / s o f t i r q s N E T _ R X N E T _ R X s a r   - n   D E V t c p d u m p
的 工 作 ； L i n u x   中 的 软 中 断 包 括 网 络 收 发 、 定 时 、 调 度 、 R C U   锁 等 各 种 类 型 ， 可 以 通 过 查 看   / p r o c / s o f t i r q s   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   w a t c h   - d   c a t   / p r o c / s o f t i r q s   命 令 。 每 一 个   C P U   都 有 各 自 的 软 中 断 内 核 线 程 ， 我 们 还 可 以 用   p s   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   t o p   命 令 发 现 ， C P U   在 软 中 断 上 的 使 用 率 比 较 高 ， 而 且   C P U   使 用 率 最 高 的 进 程 也 是 软 中 断 k s o f t i r q d   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   s a r   命 令 查 看 是 哪 个 网 卡 的 有 大 量 的 网 络 包 接 收 ， 再 用   t c p d u m p   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 。 推 荐 推 荐 ↓ ↓ ↓ 运 维 运 维
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