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計算機中，中斷是一種用于通知CPU出現(xiàn)了重要事件的機制。中斷使得CPU能夠在不停止當(dāng)前正在執(zhí)行的程序的情況下，及時地響應(yīng)外部設(shè)備的事件，從而提高了計算機系統(tǒng)的效率。中斷分類有很多種，其中較為常見的是內(nèi)中斷和外中斷。本文將重點討論Linux操作系統(tǒng)中的內(nèi)中斷和外中斷的異同點。
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一、內(nèi)中斷和外中斷的概念
內(nèi)中斷：是指進程執(zhí)行過程中發(fā)生的事件，由于這種中斷事件都是在CPU內(nèi)部發(fā)生并處理，因此稱之為內(nèi)中斷。Linux內(nèi)核使用軟件中斷（定時器中斷，I/O中斷等）和硬件中斷（CPU異常）兩種方式來產(chǎn)生內(nèi)中斷。
外中斷：是指CPU在執(zhí)行指令時，接收來自外部設(shè)備的中斷請求。外部設(shè)備會向處理器發(fā)出請求，要求其停止當(dāng)前程序的執(zhí)行，暫時轉(zhuǎn)向處理該設(shè)備所發(fā)出的中斷請求，并返回到該請求發(fā)出之前的程序段繼續(xù)執(zhí)行。外中斷由硬件產(chǎn)生，與CPU打交道，例如，網(wǎng)卡、鼠標(biāo)、鍵盤等都是能夠產(chǎn)生中斷請求的外設(shè)。
二、內(nèi)中斷和外中斷的區(qū)別
1. 響應(yīng)方式不同
內(nèi)中斷和外中斷的響應(yīng)方式不同，內(nèi)中斷是由處理器自身進行處理，而外中斷是由外部設(shè)備對處理器發(fā)出中斷請求，處理器停止當(dāng)前程序的執(zhí)行。
2. 原因不同
內(nèi)中斷和外中斷產(chǎn)生的原因也不同，內(nèi)中斷是處理器在執(zhí)行指令過程中，由自身產(chǎn)生的異常事件，例如CPU超時、訪問非法內(nèi)存地址等。而外中斷是由外部設(shè)備發(fā)出請求，例如鍵盤輸入等。
3. 硬件執(zhí)行方式不同
內(nèi)中斷由CPU通過檢測處理器自身的運行狀態(tài)而觸發(fā)的，通常不需要特殊的硬件支持。而外中斷在處理器硬件中需要外設(shè)提供支持，例如網(wǎng)卡的中斷管腳等。
4. 響應(yīng)時間不同
內(nèi)中斷和外中斷的響應(yīng)時間也不同。內(nèi)中斷通常響應(yīng)較快，因為它們總是在當(dāng)前進程被打斷時立即發(fā)生。外中斷由于必須由外部設(shè)備發(fā)出并經(jīng)過處理器響應(yīng)，因此響應(yīng)時間通常較長。
三、Linux系統(tǒng)中的中斷
在Linux系統(tǒng)中，所有的中斷最終都被內(nèi)核處理。系統(tǒng)中有兩個主要的中斷類型：軟中斷和硬中斷。
1. 軟中斷
Linux系統(tǒng)中的軟中斷通常是由一些編程接口或系統(tǒng)服務(wù)調(diào)用，例如在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中，會使用軟中斷來處理TCP/IP協(xié)議棧。此外，軟中斷還被用于實現(xiàn)CPU資源共享，以及多CPU系統(tǒng)中的任務(wù)管理。
2. 硬中斷
硬中斷是由外部設(shè)備發(fā)出并由處理器根據(jù)處理設(shè)備指定的優(yōu)先級來響應(yīng)。在Linux系統(tǒng)中，外部設(shè)備通過IRQ線向處理器發(fā)送中斷請求，該請求被處理器轉(zhuǎn)發(fā)給具體的設(shè)備驅(qū)動程序，驅(qū)動程序會使用硬件設(shè)備的中斷服務(wù)例程來處理這些請求。
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內(nèi)中斷和外中斷雖然在基本概念上與區(qū)別上有所不同，但在Linux操作系統(tǒng)中都是非常重要的機制。Linux系統(tǒng)通過內(nèi)中斷和外中斷來監(jiān)控系統(tǒng)的異常情況和外部設(shè)備的請求，以提高系統(tǒng)的安全性和效率。對于Linux程序員來說，了解中斷的工作原理、機制以及響應(yīng)過程等，對于理解運行過程中的問題和定位系統(tǒng)故障都是非常重要的。
相關(guān)問題拓展閱讀：
- AVR單片機中，舉例說明什么是外部中斷和內(nèi)部中斷。說明外部中斷（INT0和INT1）有哪幾種觸發(fā)方式？
- linux 內(nèi)核軟中斷 是在中斷狀態(tài)嗎
AVR單片機中，舉例說明什么是外部中斷和內(nèi)部中斷。說明外部中斷（INT0和INT1）有哪幾種觸發(fā)方式？
呵呵 西科大的吧？找答案？參考答案見下面：
外部中斷是指升辯簡芯片引腳態(tài)發(fā)生變化向CPU申請中斷，比如下降沿灶弊、上升沿、電平變化等，具體可設(shè)置特殊功能寄存器來開啟或屏蔽；復(fù)位引腳比較特殊，中數(shù)后PC指針變?yōu)?x0000；
內(nèi)部中斷是吵褲指內(nèi)部功能模塊達到到中斷條件向CPU申請中斷，比如TCC、看門狗等，可參照不同芯片的技術(shù)文檔說明進行設(shè)置
5種
linux 內(nèi)核軟中斷 是在中斷狀態(tài)嗎
硬中斷：
1. 硬中斷是由硬件產(chǎn)生的，比如，像磁盤，網(wǎng)卡，鍵盤，時鐘等。每個設(shè)備或設(shè)備集都有它自己的IRQ（中斷請求）?；贗RQ，CPU可以將相應(yīng)的請求分發(fā)到對應(yīng)的硬件驅(qū)動上（注：硬件驅(qū)動通常是內(nèi)核中的一個子程序，而不是一個獨立的進程）。
2. 處理中斷的驅(qū)動是需要運行在CPU上的，因此，當(dāng)中斷產(chǎn)生的時候，CPU會中斷當(dāng)前正在運行的任務(wù)，來處理中斷。在有多核心的系統(tǒng)上，一個中斷通常只能中斷一顆CPU（也有一種特殊的情況，就是在大型主機上是有硬件通道的，它可以在沒有主CPU的支持下，可以同時處理多個中斷。）。
3. 硬中斷可以直接中斷CPU。它會引起內(nèi)核中相關(guān)的代碼被觸發(fā)。對于那些需要花費一些時間去處理的進程，中斷代碼本身也可以被其他的硬中斷中斷。
4. 對于時鐘中斷，內(nèi)核調(diào)度代碼會將當(dāng)前正在運行的進程掛起，從而讓其他的進程來運行。它的存在是為了讓調(diào)度代碼（或稱為調(diào)度器）可以調(diào)度多任務(wù)。
軟中斷：
1. 軟中斷的處理非常像硬中斷。然而，它們僅僅是由當(dāng)前正在運行的進程所產(chǎn)生的。
2. 通常，軟中斷是一些對I/O的請求。這些請求會調(diào)用內(nèi)核中可以調(diào)度I/O發(fā)生的程序。對于某些設(shè)備，I/O請求需要被立即處理，而磁盤I/O請求通?？梢耘抨牪⑶铱梢陨院筇幚?。根據(jù)I/O模型的不同，進程或許會被掛起直到I/O完成，此時內(nèi)核調(diào)度器就會選擇另一個進程去運行。I/O可以在進程之間產(chǎn)生并且調(diào)度過程通常和磁盤I/O的方式是相同。
3. 軟中斷僅與內(nèi)核相聯(lián)系。而內(nèi)核主要負責(zé)對需要運行的任何其他的進程進行調(diào)度。一些內(nèi)核允許設(shè)備驅(qū)動的一些部分存在于用戶空間，并且當(dāng)需要的時候內(nèi)核也會調(diào)度這個進程去運行。
4. 軟中斷并不會直接中斷CPU。也只有當(dāng)前正在運行的代碼（或進程）才會產(chǎn)生軟中斷。這種中斷是一種需要內(nèi)核為正在運行的進程去做一些事情（通常為I/O）的請求。有一個特殊的軟中斷是Yield調(diào)用，它的作用是請求內(nèi)核調(diào)度器去查看是否有一些其他的進程可以運行。
問題解答：
1. 問：對于軟中斷，I/O操作是否是由內(nèi)核中的I/O設(shè)備驅(qū)動程序完成？
答：對于I/O請求，內(nèi)核會將這項工作分派給合適的內(nèi)核驅(qū)動程序，這個程序會對I/O進行隊列化，以可以稍后處理（通常是磁盤I/O），或如果可能可以立即執(zhí)行它。通常，當(dāng)對硬中斷進行回應(yīng)的時候，這個隊列會被驅(qū)動所處理。當(dāng)一個I/O請求完成的時候，下一個在隊列中的I/O請求就會發(fā)送到這個設(shè)備上。
2. 問：軟中斷所經(jīng)過的操作流程是比硬中斷的少嗎？換句話說，對于軟中斷就是：進程 ->內(nèi)核中的設(shè)備驅(qū)動程序；對于硬中斷：硬件->CPU->內(nèi)核中的設(shè)備驅(qū)動程序？
答：是的，軟中斷比硬中斷少了一個硬件發(fā)送信號的步驟。產(chǎn)生軟中斷的進程一定是當(dāng)前正在運行的進程，因此它們不會中斷CPU。但是它們會中斷調(diào)用代碼的流程。
如果硬件需要CPU去做一些事情，那么這個硬件會使CPU中斷當(dāng)前正在運行的代碼。而后CPU會將當(dāng)前正在運行進程的當(dāng)前狀態(tài)放到堆棧（stack）中，以至于之后可以返回繼續(xù)運行。這種中斷可以停止一個正在運行的進程；可以停止正處理另一個中斷的內(nèi)核代碼；或者可以停止空閑進程。
先說說環(huán)境
1.硬件:DELL R410
2.網(wǎng)卡:板載1000M BCM5709
2.OS: RHEL 5.5 x86_64
3.KERNEL: 2.6.18-194.el5
所出現(xiàn)的問題
1.網(wǎng)卡毫無征兆的down掉，而且沒有任何log信息
2.當(dāng)流量增大時，不到理論上限的1/3時機器出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)延遲嚴重，伴隨大量的丟包
3.機器的cpu軟中斷不均衡，只有1個cpu處理軟中斷，并且該cpu的軟中斷周期性的達到100%
4.內(nèi)外網(wǎng)網(wǎng)卡做nat丟包數(shù)據(jù)量不一致，差別很大，不在同一個數(shù)量級
想必之一個問題，大部分使用bcm網(wǎng)卡，rhel 5.3以后得機器都會遇到這種情況，網(wǎng)上的資料比較的多，我也不多啰嗦了，直接升級網(wǎng)卡驅(qū)動就可以解決了。第二，三，四其實是同一個問題都是由于網(wǎng)卡中斷過多，cpu處理不過來(準(zhǔn)確的說，cpu分配不均衡，導(dǎo)致只有一個cpu處理，處理不過來)，引起丟包，那么為什么兩個網(wǎng)卡丟包的數(shù)量級不一樣呢，下面從原理上進行解釋，既然是做nat多出口，那么就有大量的路由信息，是一個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，當(dāng)一個數(shù)據(jù)包請求nat時，數(shù)據(jù)包先被網(wǎng)卡驅(qū)動的數(shù)據(jù)接收，網(wǎng)卡收到數(shù)據(jù)時，觸發(fā)中斷。在中斷執(zhí)行例程中，把skb掛入輸入隊列，并觸發(fā)軟中斷。稍后的某個時刻，當(dāng)軟中斷執(zhí)行時，再從該隊列中把skb取下來，投遞給上層協(xié)議。
如果在這個過程當(dāng)中cpu沒有及時處理完這個隊列導(dǎo)致網(wǎng)卡的buffer滿了，網(wǎng)卡將直接丟棄該數(shù)據(jù)包。這里牽涉到2個隊列，一個是tx，一個是rx，它的隊列的大小默認都是255，可以通過ethtool -g eth0(你指定的網(wǎng)卡)，為了防止丟包，當(dāng)時我通過ethtool -G eth0 rx xxx 把它調(diào)大了，但是調(diào)大以后，還是杯水車薪啊，通過ethtool -S eth0 |grep rx_fw_discards,發(fā)現(xiàn)數(shù)值還是不停的在增長，也就是說還在不停的丟包，cpu處理不過來，這時候找到網(wǎng)上有人在利用lvs時也遇到這個問題，cpu軟中斷分配不均衡，只有一個cpu處理軟中斷的問題，網(wǎng)上的資料五花八門，有建議使用修改設(shè)備中斷方式。即通過修改設(shè)置中斷/proc/irq/${網(wǎng)卡中斷號}/p_affinit這時候，我也修改過，沒有什么實質(zhì)的效果，
從官方的bug報告，
，其中提到rhel5.6已經(jīng)修復(fù)了這個bug，這其中也提到目前我們的版本可以升級內(nèi)核到kernel-2.6.18-194.3.1.el5可以解決這個問題。
紅帽子官方修復(fù)報告中的說明如下：
，我們升級了這個內(nèi)核算是解決單核處理軟中斷的問題，升級后各個cpu已經(jīng)能夠平均的分配這個軟中斷，也不丟包了，那么為什么cpu處理不過來這個軟中斷呢，數(shù)據(jù)量并不是特別的大啊，上層應(yīng)用接到這個數(shù)據(jù)包后，通過路由協(xié)議，找到某個出口給nat出去，找nat出口是需要查找路由表，查詢路由表是一件很耗時的工作，而每一個不同源地址，不同目的地址的數(shù)據(jù)包都得重新查找一次路由表，導(dǎo)致cpu處理不過來，為了提高路由查詢的效率。Linux內(nèi)核引用了路由緩存，用于減少對路由表的查詢。Linux的路由緩存是被設(shè)計來與協(xié)議無關(guān)的獨立子系統(tǒng)，查看路由緩存可以通過命令route -Cn,由于路由緩存當(dāng)中是采用hash算法進行才找，它的查找速度非常之快，既然是cache就有超時這一概念。系統(tǒng)默認為10分鐘，可以通過這個文件進行查看和修改/proc/sys/net/ipv4/route/secret_interval。而當(dāng)路由緩存當(dāng)中未找到或者已經(jīng)超時的路由信息才開始查找路由表，查詢到的結(jié)果保存在路由緩存中。如果路由表越大，那么查詢的時間就越長，一個新的連接進來后或者是老連接cache超時后，占用大量的cpu查詢時間，導(dǎo)致cpu周期性的軟中斷出現(xiàn)100%，而兩個網(wǎng)卡丟包的情況來看不均衡也是因為用戶的數(shù)據(jù)包是經(jīng)過其中一個網(wǎng)卡進來后查詢路由表耗時過長，cpu處理不過來，導(dǎo)致那塊網(wǎng)卡的隊列滿了，丟包嚴重。當(dāng)然在路由表變動不大的情況下可以加大cache的時間，修改上述內(nèi)容后，從我監(jiān)測的情況來看，扛流量能力得到了大大的提升。
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