1. 什麼是中斷
中斷（interrupt）是指在CPU正常運行期間，由於內、外部事件引起的CPU暫時停止正在運行的程序，去執行該內部事件或外部事件引起的服務中去，服務完畢後再返回斷點處繼續執行的情形。這樣的中斷機制極大的提高了CPU運行效率。
從本質上來講，中斷是一種電信號，當設備有某種事件發生時，它就會產生中斷，通過總線把電信號發送給中斷控制器。如果中斷的線是激活的，中斷控制器就把電信號發送給處理器的某個特定引腳。處理器於是立即停止自己正在做的事，跳到中斷處理程序的入口點，進行中斷處理。
2. 爲什麼要有中斷呢?
比如說你訂了一份外賣，但是不確定外賣什麼時候送到，也沒有別的方法瞭解外賣的進度，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。所以你只能苦苦等着，時不時去門口看看外賣送到沒，而不能幹其他事情。
如果在訂外賣的時候，你就跟配送員約定好，讓他送到後給你打個電話，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。 這裏的“打電話”，其實就是一箇中斷。
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），你纔要進行另一個動作：取外賣。
這個例子可以發現，中斷其實是一種異步的事件處理機制，可以提高系統的併發處理能力。
3. 中斷會帶來什麼問題？
由於中斷處理程序會打斷其他進程的運行，所以，爲了減少對正常進程運行調度的影響，中斷處理程序就需要儘可能快地運行。
如果中斷本身要做的事情不多，那麼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。
還是以取外賣爲例：
假如你訂了 2 份外賣，一份主食和一份飲料，並且是由 2 個不同的配送員來配送，這次你不用時時等待着，兩份外賣都約定了電話取外賣的方式。
當第一份外賣送到時，配送員給你打了個很長的電話，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。
因爲電話佔線（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後就走掉了（也就是丟失了一次中斷）。
4. 系統中的中斷機制
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，爲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，確保程序能快速地完成任務，它在中斷禁止模式下運行，主要處理跟硬件緊密相關工作。
- 下半部，用來處理上半部未完成的工作，是一種推後執行的機制，通常以內核線程的方式運行。
在取外賣的例子中，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，然後電話就可以掛斷了；下半部纔是取外賣的動作，以及見面後商量發票處理的動作。
這樣，第一個配送員不會佔用你太多時間，當第二個配送員過來時，照樣能正常打通你的電話。
5. 再看一個例子
舉個最常見的網卡接收數據包的例子，讓你更好地理解。
網卡接收到數據包後，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。
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，然後更新一下硬件寄存器的狀態（表示數據已經讀好了），最後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後，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。
Linux軟中斷與硬中斷小結
Linux 中的中斷處理程序分爲上半部和下半部：
- 上半部對應硬中斷，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。
硬中斷，由與系統相連的外設（如網卡、硬盤）自動產生的。主要是用來通知操作系統系統外設狀態的變化。比如，當網卡收到數據包的時候，就會發出一個硬中斷（hardirq）。
軟中斷，爲了滿足實時系統的要求，中斷處理應該是越快越好。爲了實現這個特點，當中斷髮生的時候，硬中斷處理那些短時間就可以完成的工作，而將那些處理事件比較長的工作，放到中斷之後來完成，也就是軟中斷（softirq）來完成。比如，網絡收發、定時、調度、等各種類型，可以通過查看 /proc/softirqs 來觀察軟中斷的運行情況。
f: 經常聽同事說大量的網絡小包會導致性能問題，爲什麼呢?
q:因爲大量的網絡小包會導致頻繁的硬中斷和軟中斷，所以大量網絡小包傳輸很慢，但如果將網絡包一次傳遞，是不是會快很多呢？
作者：標杆徐
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