【系统】什么是中断？如何处理软中断过多？

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中断：

什么是中断？

linux系统怎么处理中断？

linux软中断都有什么？

如何定位软中断 CPU 使用率过高的问题？

如果是 NET_RX 比较高

tcpdump如何抓包

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中断：

什么是中断？

• 比如说我正在学习，有人打电话给我，让我出去拿外卖，打电话这个事件就是一个中断，没收到中断之前，我可以学习，发生中断，我会停下当前事情，去处理另一个事情，也就是去门口拿外卖。操作系统收到了中断请求，会打断其他进程的运行，所以中断请求的响应程序，也就是中断处理程序（就是这里的接电话），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。而且，中断处理程序在响应中断时，可能还会「临时关闭中断」，这意味着，如果当前中断处理程序没有执行完之前，系统中其他的中断请求都无法被响应，也就说中断有可能会丢失，所以中断处理程序要短且快。比如在接外卖员电话时，导师又打电话了，电话占线打不通，尝试几次后导师就不打了，相当于丢失一次中断。

linux系统怎么处理中断？

• 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。
• 比如说上面的例子，我为了不影响后续电话的打入，我给外卖小哥说，好的，我下楼了，有什么事情一会见面说，然后快速挂断电话，这样就就可以最大程度的不影响后续的接收中断
• 举一个计算机中的例子：
  • 网卡收到网络包后，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响应该事件，这个事件的处理也是会分成上半部和下半部。

上部分要做到快速处理，所以只要把网卡的数据读到内存中，然后更新一下硬件寄存器的状态，比如把状态更新为表示数据已经读到内存中的状态值。

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；

还有一个区别，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，软中断包括但是不限于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。

si软中断：程序内部产生的中断   软中断是由软件实现的中断，是纯粹由软件实现的一种类似中断的机制，实际上是模仿硬件，在内存中存储着一组软中断的标志位，然后由内核的一个守护线程不断轮询这些标志位，如果有哪个标志位有效，则再去执行这个软中断对应的中断处理程序.

linux软中断都有什么？

Linux 中的软中断包括网络收发、定时、调度、RCU 锁等各种类型，可以通过查看 /proc/softirqs 来观察软中断的累计中断次数情况，如果要实时查看中断次数的变化率，可以使用 watch -d cat /proc/softirqs 命令

接下来，就来简单的解析下 /proc/softirqs 文件的内容，在我服务器上查看到的文件内容如下：

你可以看到，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，有 3 点需要注意下。

第一点，要注意第一列的内容，它是代表着软中断的类型，在我的系统里，软中断包括了 10 个类型，分别对应不同的工作类型，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。

第二点，要注意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，比如我的系统里，NET_RX 在 CPU0 、CPU1、CPU2、CPU3 上的中断次数基本是同一个数量级，相差不多。

第三点，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。

前面提到过，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，下面这个就是在我的服务器上查到软中断内核线程的结果：

可以发现，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，所以一般来说，名字在中括号里的都可以认为是内核线程。

而且，你可以看到有 4 个 ksoftirqd 内核线程，这是因为我这台服务器的 CPU 是 4 核心的，每个 CPU 核心都对应着一个内核线程。

hi硬中断：键盘外部输入产生的中断

如何定位软中断 CPU 使用率过高的问题？

top 进入交互界面

接下来按1，查看每个cpu占用

如果si占用过高，可以看si对应的COMMAND,要知道是什么软中断类型导致的，如果COMMAND是软中断 ksoftirqd，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。

如果是 NET_RX 比较高

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。

tcpdump如何抓包

tcpdump是一种网络嗅探器

抓包：将接口设置为混杂模式（promisc），这样但凡送到这个接口所有的包都可以捕获到。

使用方法：

tcpdump

                -i +interface

                -w file 写到哪个文件

                -nn:地址、端口都解析为数字格式

                -X: 显示十六进制和ascii格式

                -XX：包含了链路层

                -A：显示ascii格式，包含了链路层

                -V：详细信息

                -VV：更详细信息

                -r file：从上面保存的文件中读取信息

                expression:

                        关键字：

                        type:host,net,port,portange

                        dir 流向 有：src,dst,src or dst,src and dst

                        proto:ether , ip , arp, tcp , udp , wlan

                        组合条件：

                                and 、or、not

tcpdump -i eth0 eth0接口上所有的包

tcpdump -i eth0 -nn host 172.16.100.6 关于172.16.100.6 所有通信流,有 172.16.100.6 发给别人，也有别人发给 172.16.100.6 的

tcpdump -i eth0 -nn dst host 172.16.100.6 只有目标是172.16.100.6 的通信流

tcpdump -i eth0 -nn src and dst host 172.16.100.6 172.16.100.6 本机自己通信

tcpdump -i eth0 tcp dst port 80 目标端口是80的通信流

tcpdump -i eth0 tcp port 80 源或者目标都是80

如何抓取172.16.100.5、 172.16.100.15之间的通信？

tcpdump -i eth0 -nn host 172.16.100.15 and 172.16.100.5

tcpdump -i eth0 -nn host 172.16.100.15 and \(172.16.100.5 or 172.16.100.77\) 

 172.16.100.15 and 72.16.100.5 或者172.16.100.15与172.16.100.77的通信

参考：2.6 什么是软中断？ | 小林coding