上一期，我用一個不可中斷進程的案例，帶你學習了 iowait(也就是等待 I/O 的 CPU 使用率)升高時的分析方法。這里你要記住，進程的不可中斷狀態是系統的一種保護機制，可以保證硬件的交互過程不被意外打斷。所以，短時間的不可中斷狀態是很正常的。但是，當進程長時間都處于不可中斷狀態時，你就得當心了。這時，你可以使用 dstat、pidstat 等工具，確認是不是磁盤 I/O 的問題，進而排查相關的進程和磁盤設備。關于磁盤 I/O 的性能問題，你暫且不用專門去背，我會在后續的 I/O 部分詳細介紹，到時候理解了也就記住了。其實除了 iowait，軟中斷(softirq)CPU 使用率升高也是最常見的一種性能問題。接下來的兩節課，我們就來學習軟中斷的內容，我還會以最常見的反向代理服務器 Nginx 的案例，帶你分析這種情況。

從“取外賣”看中斷

說到中斷，我在前面關于“上下文切換”的文章，簡單說過中斷的含義，先來回顧一下。中斷是系統用來響應硬件設備請求的一種機制，它會打斷進程的正常調度和執行，然后調用內核中的中斷處理程序來響應設備的請求。你可能要問了，為什么要有中斷呢？我可以舉個生活中的例子，讓你感受一下中斷的魅力。比如說你訂了一份外賣，但是不確定外賣什么時候送到，也沒有別的方法了解外賣的進度，但是，配送員送外賣是不等人的，到了你這兒沒人取的話，就直接走人了。所以你只能苦苦等著，時不時去門口看看外賣送到沒，而不能干其他事情。不過呢，如果在訂外賣的時候，你就跟配送員約定好，讓他送到后給你打個電話，那你就不用苦苦等待了，就可以去忙別的事情，直到電話一響，接電話、取外賣就可以了。這里的“打電話”，其實就是一個中斷。沒接到電話的時候，你可以做其他的事情；只有接到了電話(也就是發生中斷)，你才要進行另一個動作：取外賣。這個例子你就可以發現，中斷其實是一種異步的事件處理機制，可以提高系統的并發處理能力。由于中斷處理程序會打斷其他進程的運行，所以，為了減少對正常進程運行調度的影響，中斷處理程序就需要盡可能快地運行。如果中斷本身要做的事情不多，那么處理起來也不會有太大問題；但如果中斷要處理的事情很多，中斷服務程序就有可能要運行很長時間。特別是，中斷處理程序在響應中斷時，還會臨時關閉中斷。這就會導致上一次中斷處理完成之前，其他中斷都不能響應，也就是說中斷有可能會丟失。那么還是以取外賣為例。假如你訂了 2 份外賣，一份主食和一份飲料，并且是由 2 個不同的配送員來配送。這次你不用時時等待著，兩份外賣都約定了電話取外賣的方式。但是，問題又來了。當第一份外賣送到時，配送員給你打了個長長的電話，商量發票的處理方式。與此同時，第二個配送員也到了，也想給你打電話。但是很明顯，因為電話占線(也就是關閉了中斷響應)，第二個配送員的電話是打不通的。所以，第二個配送員很可能試幾次后就走掉了(也就是丟失了一次中斷)。

軟中斷

如果你弄清楚了“取外賣”的模式，那對系統的中斷機制就很容易理解了。事實上，為了解決中斷處理程序執行過長和中斷丟失的問題，Linux 將中斷處理過程分成了兩個階段，也就是上半部和下半部：

• 上半部用來快速處理中斷，它在中斷禁止模式下運行，主要處理跟硬件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，通常以內核線程的方式運行。

比如說前面取外賣的例子，上半部就是你接聽電話，告訴配送員你已經知道了，其他事兒見面再說，然后電話就可以掛斷了；下半部才是取外賣的動作，以及見面后商量發票處理的動作。這樣，第一個配送員不會占用你太多時間，當第二個配送員過來時，照樣能正常打通你的電話。除了取外賣，我再舉個最常見的網卡接收數據包的例子，讓你更好地理解。網卡接收到數據包后，會通過硬件中斷的方式，通知內核有新的數據到了。這時，內核就應該調用中斷處理程序來響應它。你可以自己先想一下，這種情況下的上半部和下半部分別負責什么工作呢？對上半部來說，既然是快速處理，其實就是要把網卡的數據讀到內存中，然后更新一下硬件寄存器的狀態(表示數據已經讀好了)，最后再發送一個軟中斷信號，通知下半部做進一步的處理。而下半部被軟中斷信號喚醒后，需要從內存中找到網絡數據，再按照網絡協議棧，對數據進行逐層解析和處理，直到把它送給應用程序。所以，這兩個階段你也可以這樣理解：

• 上半部直接處理硬件請求，也就是我們常說的硬中斷，特點是快速執行；
• 而下半部則是由內核觸發，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，然后立即執行中斷處理程序。而下半部以內核線程的方式執行，并且每個 CPU 都對應一個軟中斷內核線程，名字為 “ksoftirqd/CPU 編號”，比如說， 0 號 CPU 對應的軟中斷內核線程的名字就是 ksoftirqd/0。不過要注意的是，軟中斷不只包括了剛剛所講的硬件設備中斷處理程序的下半部，一些內核自定義的事件也屬于軟中斷，比如內核調度和 RCU 鎖(Read-Copy Update 的縮寫，RCU 是 Linux 內核中最常用的鎖之一)等。那要怎么知道你的系統里有哪些軟中斷呢？

查看軟中斷和內核線程

不知道你還記不記得，前面提到過的 proc 文件系統。它是一種內核空間和用戶空間進行通信的機制，可以用來查看內核的數據結構，或者用來動態修改內核的配置。其中：

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

運行下面的命令，查看 /proc/softirqs 文件的內容，你就可以看到各種類型軟中斷在不同 CPU 上的累積運行次數：$ cat /proc/softirqsCPU0 CPU1HI: 0 0TIMER: 811613 1972736NET_TX: 49 7NET_RX: 1136736 1506885BLOCK: 0 0IRQ_POLL: 0 0TASKLET: 304787 3691SCHED: 689718 1897539HRTIMER: 0 0RCU: 1330771 1354737在查看 /proc/softirqs 文件內容時，你要特別注意以下這兩點。

• 第一，要注意軟中斷的類型，也就是這個界面中第一列的內容。從第一列你可以看到，軟中斷包括了 10 個類別，分別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，也就是同一行的內容。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現機制，每個 TASKLET 只運行一次就會結束 ，并且只在調用它的函數所在的 CPU 上運行。因此，使用 TASKLET 特別簡便，當然也會存在一些問題，比如說由于只在一個 CPU 上運行導致的調度不均衡，再比如因為不能在多個 CPU 上并行運行帶來了性能限制。另外，剛剛提到過，軟中斷實際上是以內核線程的方式運行的，每個 CPU 都對應一個軟中斷內核線程，這個軟中斷內核線程就叫做 ksoftirqd/CPU 編號。那要怎么查看這些線程的運行狀況呢？其實用 ps 命令就可以做到，比如執行下面的指令：$ 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]注意，這些線程的名字外面都有中括號，這說明 ps 無法獲取它們的命令行參數(cmline)。一般來說，ps 的輸出中，名字括在中括號里的，一般都是內核線程。

小結

Linux 中的中斷處理程序分為上半部和下半部：

• 上半部對應硬件中斷，用來快速處理中斷。
• 下半部對應軟中斷，用來異步處理上半部未完成的工作。

Linux 中的軟中斷包括網絡收發、定時、調度、RCU 鎖等各種類型，可以通過查看 /proc/softirqs 來觀察軟中斷的運行情況。

思考

最后，我想請你一起聊聊，你是怎么理解軟中斷的？你有沒有碰到過因為軟中斷出現的性能問題？你又是怎么分析它們的瓶頸的呢？你可以結合今天的內容，總結自己的思路，寫下自己的問題。歡迎在留言區和我討論，也歡迎把這篇文章分享給你的同事、朋友。我們一起在實戰中演練，在交流中進步。

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主題:軟中斷中斷:系統用來響應硬件設備請求的一種機制，會打斷進程的正常調度和執行，通過調用內核中的中斷處理程序來響應設備的請求。1.中斷是一種異步的事件處理機制，能提高系統的并發處理能力2.為了減少對正常進程運行進行影響，中斷處理程序需要盡快運行。3.中斷分為上下兩個部分(1)上部分用來快速處理中斷，在中斷禁止模式下，主要處理跟硬件緊密相關的或時間敏感的工作(2)下部分用來延遲處理上半部分未完成的工作，通常以內核線程的方式運行。小結:上半部分直接處理硬件請求，即硬中斷，特點是快速執行下部分由內核觸發，即軟中斷，特點是延遲執行軟中斷除了上面的下部分，還包括一些內核自定義的事件，如:內核調度 RCU鎖 網絡收發 定時等軟中斷內核線程的名字:ksoftirq/cpu編號4.proc文件系統是一種內核空間和用戶空間進行通信的機制，可以同時用來查看內核的數據結構又能用了動態修改內核的配置，如:/proc/softirqs 提供軟中斷的運行情況/proc/interrupts 提供硬中斷的運行情況

總結

以上是生活随笔為你收集整理的09 | 基础篇：怎么理解Linux软中断？的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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