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。
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。
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,主要处理跟硬件紧密相关的或者时间敏感的工作。
- 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。
网卡接收数据包的例子:
网卡接收到数据包后,会通过硬件中断的方式,通知内核有新数据到了。这时,内核就应该调用中断处理程序来响应它。
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取到内存中,然后更新一下硬件寄存器状态(表示数据已经读取好了),最后再发送一个软中断信号,通知下半部做进一步的处理。
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。
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;
- 下半部则是由内核触发,也就是我们常说的软中断,特点是延迟执行。
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ksoftirqd/0。
软中断处理上面所讲的硬件设备中断处理程序的下半部,一些内核自定义的事件也属于软中断,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
- /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。
查看软中断内核线程
$ ps aux | grep softirq
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