简析 Linux 的 CPU 时间( 三 ) _生活百科

软中断中断就是一种插队机制，可以让操作系统优先处理一些紧急的任务。当硬件设备（例如，网卡）需要向 CPU 发出信号时（例如，数据已到达），就会产生硬件中断。
CPU 接收到中断时，会切换到内核态执行特定的中断服务，并且期间不允许其他中断抢占（关中断）。当中断服务需要执行较长时间时，可能会导致且其他的中断得不到及时的响应。
为了提高中断处理效率，操作系统在之前的基础上把中断处理分成两部分：

上半部top half：在屏蔽中断的上下文中运行，用于完成关键性的处理动作
下半部bottom half：不在中断服务上下文中执行，主要处理不那么急迫但耗时的任务

内核在处理完中断上半部后，可以延期执行下半部，该机制被称为软中断softirq 。软中断处理的过程是不会关中断的，因此当有硬中断到来的时候，可以及时响应。
构成软中断机制的核心元素包括：

注册: 软中断状态寄存器 irq_stat
处理: 软中断向量表 softirq_vec
触发: 软中断守护线程 daemon

文章插图

调用open_softirq()将软中断服务程序注册到软中断向量表softirq_vec（可选）
调用raise_softirq()触发软中断事务
- 中断关闭的情况下，设置软中断状态位irq_stat
- 如果调用者不在中断上下文（普通进程调用），那么直接唤醒daemon线程
daemon线程被唤醒后会运行do_softirq()处理软中断
- 检查 irq_stat 是否存发生软中断事件
- 调用 softirq_vec 中对应的软中断服务程序
- 再次检查 irq_stat，如果发现新的软中断，就会唤醒ksoftrqd线程来处理

ksoftrqd 机制我们知道 CPU 执行的优先级为：硬中断 > 软中断 > 普通进程。这意味着：

一个软中断不会去抢占另一个软中断，只有硬件中断才可以抢占软中断
如果软中断太过频繁，用户进程可能永远无法获得 CPU 时间

为了保证公平性，内核为每个 CPU 都配置一个ksoftrqd线程。如果所有的软中断在短时间内无法被处理完，内核就会唤醒ksoftrqd处理剩余的软中断。以下面这张图为例：

文章插图

网卡数据就绪，通过硬中断通知 CPU 进行处理
硬中断服务程序调用raise_softirq()触发软中断，唤醒daemon
硬中断服务程序退出后，daemon被唤醒开始处理软中断
遍历过一遍向量表后，daemon发现仍有未处理的软中断，唤醒ksoftrqd
ksoftrqd获得 CPU 时间片后，继续处理未完成的软中断

由于 ksoftrqd 其实是一个 nice 值为 0 的普通线程，会进入 cfs_rq 参与调度，可以和普通进程公平地使用 CPU 。
但如果 ksoftrirqd 长时间得不到 CPU，就会致使软中断的延迟变得很大，因此 ksoftirqd 的实时性是很难得到保障。
典型问题是 ping 延迟：如果 ping 包无法在软中断里得到处理，就会被 ksoftirqd 处理，导致 ping 延迟变得很大。
中断的影响【简析 Linux 的 CPU 时间】硬中断的优先级很高，但是需要的 CPU 时间极少。当出现大量硬中断时，可能会引起较多的 CPU 用户态与内核态的切换，但是