今日文章：
小林coding：什么是软中断？
目录
- 软中断
- 软中断概述
- 软中断类型
- 如何定位软中断 CPU 使用率过高的问题？
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软中断
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
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。
软中断概述
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。
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；
硬中断（上半部）是会打断 CPU 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 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，比如内核调度等、RCU 锁（内核里常用的一种锁）等。
软中断类型
看 /proc/interrupts 的 内容来知晓「硬中断」的运行情况
看 /proc/softirqs 的 内容来知晓「软中断」的运行情况
每一个 CPU 都有自己对应的不同类型软中断的累计运行次数，如图，该操作系统包含了10种软中断类型
比如 NET_RX 表示网络接收中断，NET_TX 表示网络发送中断、TIMER 表示定时中断、RCU 表示 RCU 锁中断、SCHED 表示内核调度中断。
值得注意的还有同一种类型的软中断在不同 CPU 的分布情况，正常情况下，同一种中断在不同 CPU 上的累计次数相差不多
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化速率才是我们要关注的，我们可以使用 watch -d cat /proc/softirqs 命令查看中断次数的变化速率。
软中断是以内核线程的方式执行的，我们可以用 ps 命令可以查看到对应的线程
图中可以看到有 4 个 ksoftirqd 内核线程，因为这台服务器是4核心的，每个CPU核心都对应着一个内核线程
内核线程的名字外面都有有中括号，这说明 ps 无法获取它们的命令行参数。一般来说，名字在中括号里的都可以认为是内核线程。
如何定位软中断 CPU 使用率过高的问题？
使用 top 命令查看系统的软中断的系统监控数据
上图中的黄色部分 si，就是 CPU 在软中断上的使用率，而且可以发现，每个 CPU 使用率都不高，两个 CPU 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，也在图片下方的表格中可以看到 CPU 使用率最高的进程也是软中断 ksoftirqd，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 watch -d cat /proc/softirqs 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 Web 服务器，NET_RX 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 NET_RX 网络接收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 tcpdump 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。
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