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12、 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 Linux 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「上半部和下半部分」。

  • 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,一般以「内核线程」的方式运行。

还是前面的外卖例子,由于第一个配送员长时间跟你通话,则导致第二位配送员无法拨通你的电话,其实当我接到第一位配送员的电话,可以告诉配送员说你现在下楼,剩下的事情,等你们见面再说(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你手机太多时间,当第二位配送员正好过来时,会有很大几率拨通你的电话。

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,通过 DMA 方式将接收到的数据写入内存,接着会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。

上部分要做的事情很少,会先禁止网卡中断,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,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,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;

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