Linux：怎麼了解Linux軟中斷？

為了解決中斷處理程式執行過長和中斷丢失的問題，Linux 将中斷處理過程分成了兩個階段，也就是上半部和下半部：

• 上半部用來快速進行中斷，它在中斷禁止模式下運作，主要處理跟硬體緊密相關的或時間敏感的工作。
• 下半部用來延遲處理上半部未完成的工作，通常以核心線程的方式運作。

舉個最常見的網卡接收資料包的例子，讓你更好地了解。

網卡接收到資料包後，會通過硬體中斷的方式，通知核心有新的資料到了。這時，核心就應該調用中斷處理程式來響應它。你可以自己先想一下，這種情況下的上半部和下半部分别負責什麼工作呢？

對上半部來說，既然是快速處理，其實就是要把網卡的資料讀到記憶體中，然後更新一下硬體寄存器的狀态（表示資料已經讀好了），最後再發送一個軟中斷信号，通知下半部做進一步的處理。

而下半部被軟中斷信号喚醒後，需要從記憶體中找到網絡資料，再按照網絡協定棧，對資料進行逐層解析和處理，直到把它送給應用程式。

是以，這兩個階段你也可以這樣了解：

• 上半部直接處理硬體請求，也就是我們常說的硬中斷，特點是快速執行；
• 而下半部則是由核心觸發，也就是我們常說的軟中斷，特點是延遲執行。

實際上，上半部會打斷 CPU 正在執行的任務，然後立即執行中斷處理程式。而下半部以核心線程的方式執行，并且每個 CPU 都對應一個軟中斷核心線程，名字為 “ksoftirqd/CPU 編号”，比如說， 0 号 CPU 對應的軟中斷核心線程的名字就是 ksoftirqd/0。

不過要注意的是，軟中斷不隻包括了剛剛所講的硬體裝置中斷處理程式的下半部，一些核心自定義的事件也屬于軟中斷，比如核心排程和 RCU 鎖（Read-Copy Update 的縮寫，RCU 是 Linux 核心中最常用的鎖之一）等。

那要怎麼知道你的系統裡有哪些軟中斷呢？

檢視軟中斷和核心線程

proc 檔案系統，它是一種核心空間和使用者空間進行通信的機制，可以用來檢視核心的資料結構，或者用來動态修改核心的配置。其中：

• /proc/softirqs 提供了軟中斷的運作情況；
• /proc/interrupts 提供了硬中斷的運作情況。

運作下面的指令，檢視 /proc/softirqs 檔案的内容，你就可以看到各種類型軟中斷在不同 CPU 上的累積運作次數：

$ 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      

在檢視 /proc/softirqs 檔案内容時，你要特别注意以下這兩點。

第一，要注意軟中斷的類型，也就是這個界面中第一列的内容。從第一列你可以看到，軟中斷包括了 10 個類别，分别對應不同的工作類型。比如 NET_RX 表示網絡接收中斷，而 NET_TX 表示網絡發送中斷。

第二，要注意同一種軟中斷在不同 CPU 上的分布情況，也就是同一行的内容。正常情況下，同一種中斷在不同 CPU 上的累積次數應該差不多。比如這個界面中，NET_RX 在 CPU0 和 CPU1 上的中斷次數基本是同一個數量級，相差不大。

不過你可能發現，TASKLET 在不同 CPU 上的分布并不均勻。TASKLET 是最常用的軟中斷實作機制，每個 TASKLET 隻運作一次就會結束 ，并且隻在調用它的函數所在的 CPU 上運作。

是以，使用 TASKLET 特别簡便，當然也會存在一些問題，比如說由于隻在一個 CPU 上運作導緻的排程不均衡，再比如因為不能在多個 CPU 上并行運作帶來了性能限制。

另外，剛剛提到過，軟中斷實際上是以核心線程的方式運作的，每個 CPU 都對應一個軟中斷核心線程，這個軟中斷核心線程就叫做 ksoftirqd/CPU 編号。那要怎麼檢視這些線程的運作狀況呢？

$ ps aux | grep softirq
root         7  0.0  0.0      0     0 ?        S    Oct10   0:01 [ksoftirqd/0]
root        16  0.0  0.0      0     0 ?        S    Oct10   0:01 [ksoftirqd/1]