中斷其實就是由硬件或軟件所發(fā)送的一種稱為IRQ（中斷請求）的信號。

中斷允許讓設(shè)備，如鍵盤，串口卡，并口等設(shè)備表明它們需要CPU。

一旦CPU接收了中斷請求，CPU就會暫時停止執(zhí)行正在運行的程序，并且調(diào)用一個稱為中斷處理器或中斷服務(wù)程序（interrupt service routine）的特定程序。

中斷服務(wù)程序或中斷處理器可以在中斷向量表中找到，而這個中斷向量表位于內(nèi)存中的固定地址中。中斷被CPU處理后，就會恢復(fù)執(zhí)行之前被中斷的程序。

其實，在機(jī)器啟動的時候，系統(tǒng)就已經(jīng)識別了所有設(shè)備，并且也把相應(yīng)的中斷處理器加載到中斷表中。

下面是請求CPU關(guān)注的兩種方式：
1. 基于中斷
2. 基于輪詢

所有的linux操作系統(tǒng)都是基于中斷驅(qū)動的。

當(dāng)我們在鍵盤上按下一個按鍵時，鍵盤就會對CPU說，一個鍵已經(jīng)被按下。在這種情況下，鍵盤的IRQ線路中的電壓就會發(fā)生一次變化，而這種電壓的變化就是來自設(shè)備的請求，就相當(dāng)于說這個設(shè)備有一個請求需要處理。

/proc/interrupts 文件
在linux的機(jī)器上，/proc/interrupts這個文件包含有關(guān)于哪些中斷正在使用和每個處理器各被中斷了多少次的信息。
# cat /proc/interrupts?
? ? ? ? ? CPU0? CPU1? CPU2? CPU3?
? 0: 3710374484? ? ? 0? ? 0? ? 0? IO-APIC-edge? timer?
? 1:? ? ? ? 20? ? ? 0? ? 0? ? 0? IO-APIC-edge? i8042?
? 6:? ? ? ? ? 5? ? ? 0? ? 0? ? 0? IO-APIC-edge? floppy?
? 7:? ? ? ? ? 0? ? ? 0? ? 0? ? 0? IO-APIC-edge? parport0?
? 8:? ? ? ? ? 0? ? ? 0? ? 0? ? 0? IO-APIC-edge? rtc?
? 9:? ? ? ? ? 0? ? ? 0? ? 0? ? 0? IO-APIC-level? acpi?
?12:? ? ? ? 240? ? ? 0? ? 0? ? 0? IO-APIC-edge? i8042?
?14:? 11200026? ? ? 0? ? 0? ? 0? IO-APIC-edge? ide0?
?51:? 61281329? ? ? 0? ? 0? ? 0? IO-APIC-level? ioc0?
?59:? ? ? ? ? 1? ? ? 0? ? 0? ? 0? IO-APIC-level? vmci?
?67:? 19386473? ? ? 0? ? 0? ? 0? IO-APIC-level? eth0?
?75:? 94595340? ? ? 0? ? 0? ? 0? IO-APIC-level? eth1?
NMI:? ? ? ? ? 0? ? ? 0? ? 0? ? 0
LOC: 3737150067 3737142382 3737145101 3737144204
ERR:? ? ? ? ? 0
MIS:? ? ? ? ? 0

對上面文件的輸出，解釋如下：
● 第一列表示IRQ號
● 第二、三、四列表示相應(yīng)的CPU核心被中斷的次數(shù)。在上面的例子中，timer表示中斷名稱（為系統(tǒng)時鐘）。3710374484表示CPU0被中斷了3710374484次。i8042表示控制鍵盤和鼠標(biāo)的鍵盤控制器。
● 對于像rtc（real time clock）這樣的中斷，CPU是不會被中斷的。因為RTC存在于電子設(shè)備中，是用于追蹤時間的。
● NMI和LOC是系統(tǒng)所使用的驅(qū)動，用戶無法訪問和配置。

IRQ號決定了需要被CPU處理的優(yōu)先級。IRQ號越小意味著優(yōu)先級越高。
例如，如果CPU同時接收了來自鍵盤和系統(tǒng)時鐘的中斷，那么CPU首先會服務(wù)于系統(tǒng)時鐘，因為他的IRQ號是 0 。
● IRQ0 ：系統(tǒng)時鐘（不能改變）
● IRQ1 ：鍵盤控制器（不能改變）
● IRQ3 ：串口2的串口控制器（如有串口4，則其也使用這個中斷）
● IRQ4 ：串口1的串口控制器（如有串口3，則其也使用這個中斷）
● IRQ5 ：并口2和3 或 聲卡
● IRQ6 ：軟盤控制器
● IRQ7 : 并口1。它被用于打印機(jī)或若是沒有打印機(jī)，可以用于任何的并口。

而對于像操作桿（或稱為游戲手柄）上的CPU，它并不會等待設(shè)備發(fā)送中斷。因為操作桿主要用于游戲，操作桿的移動必須非常快，因此使用輪詢的方式檢測設(shè)備是否需要CPU的關(guān)注還是比較理想的。使用輪詢方式的缺點是CPU就處于了忙等狀態(tài)，因為CPU會不停的多次檢查設(shè)備。但是需要注意的是在linux中，這種處理信號的方式也是必不可少的。

硬中斷
對于上文所討論的場景都是屬于硬中斷的例子。硬中斷主要分為兩種類別：
1. 非屏蔽中斷(Non-maskable? ? ? ? interrupts,即NMI）：就像這種中斷類型的字面意思一樣，這種中斷是不可能被CPU忽略或取消的。NMI是在單獨的中斷線路上進(jìn)行發(fā)送的，它通常被用于關(guān)鍵性硬件發(fā)生的錯誤，如內(nèi)存錯誤，風(fēng)扇故障，溫度傳感器故障等。
2. 可屏蔽中斷（Maskable interrupts）：這些中斷是可以被CPU忽略或延遲處理的。當(dāng)緩存控制器的外部針腳被觸發(fā)的時候就會產(chǎn)生這種類型的中斷，而中斷屏蔽寄存器就會將這樣的中斷屏蔽掉。我們可以將一個比特位設(shè)置為0，來禁用在此針腳觸發(fā)的中斷。

軟中斷
這些中斷是在CPU執(zhí)行指令（也就是說在進(jìn)程正在運行的時候）的時候產(chǎn)生的，因為在執(zhí)行指令時，CPU（確切的說應(yīng)是在CPU中的運算器）自身會產(chǎn)生一個異常（此處的異常也可理解為軟中斷）。

例如，一個數(shù)字除以0（當(dāng)然這是不可能的），此時就會導(dǎo)致一個divide-by-zero的異常，從而導(dǎo)致計算機(jī)將此計算取消或者顯示一個錯誤的信息。

在文件/proc/stat中，包含了一些關(guān)于系統(tǒng)內(nèi)核的統(tǒng)計信息，也包含了一些中斷信息。
# cat /proc/stat?
cpu? 17028082 5536753 5081493 1735530500 42592308 90006 479750 0
cpu0 5769176 1170683 1495750 403368354 39406374 90006 284864 0
cpu1 3714389 1451937 1186134 444082258 1084780 0 64876 0
cpu2 3791544 1471013 1211868 443988514 1056981 0 64764 0
cpu3 3752971 1443119 1187740 444091373 1044172 0 65244 0
intr 417756956 --- Output Truncated

在intr這一行，顯示了自從系統(tǒng)啟動以來所產(chǎn)生的中斷數(shù)。第一列表示所有被服務(wù)的中斷數(shù)。后續(xù)的每一列都表示一個特定中斷的總數(shù)。

SMP_AFFINITY
SMP是指對稱多處理器。smp_affinity文件主要用于某個特定IRQ要綁定到哪個CPU核心上。在/proc/irq/IRQ_NUMBER/目錄下都有一個smp_affinity文件，這個文件中，所表示的CPU核心以十六進(jìn)制來表示的。例如，網(wǎng)卡的中斷號是：

grep eth0 /proc/interrupts?
67: 23834931 0 0 0 IO-APIC-level eth0?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
cat /proc/irq/67/smp_affinity?
00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000000,00000001

上面的十六進(jìn)制對應(yīng)的十進(jìn)制是1，也就是說所有的和網(wǎng)卡驅(qū)動相關(guān)的中斷都是有CPU0來提供服務(wù)的。

我們可以通過手動改變smp_affinity文件中的值來將IRQ綁定到指定的CPU核心上，或者啟用irqbalance服務(wù)來自動綁定IRQ到CPU核心上。

IRQ Balance
Irqbalance是一個linux的實用程序，它主要是用于分發(fā)中斷請求到CPU核心上，有助于性能的提升。它的目的是尋求省電和性能優(yōu)化之間的平衡。你可以使用yum進(jìn)行安裝：
?# rpm -qa | grep irqbalance?
irqbalance-0.55-15.el5?
# yum search irqbalance?
# yum install irqbalance.x86_64

啟動irqbalance服務(wù)后，中斷在CPU上的分布如下：
?# cat /proc/interrupts?
? ? ? ? ? CPU0? ? CPU1? ? ? CPU2? ? ? CPU3?
? 0:? 950901695? ? ? ? 0? ? ? ? 0? ? ? ? ? 0? IO-APIC-edge? timer?
? 1:? ? ? ? 13? ? ? ? 0? ? ? ? 0? ? ? ? ? 0? IO-APIC-edge? i8042?
? 6:? ? ? ? 96? ? 10989? ? ? 470? ? ? ? ? 0? IO-APIC-edge? floppy?
? 7:? ? ? ? ? 0? ? ? ? 0? ? ? ? 0? ? ? ? ? 0? IO-APIC-edge? parport0?
? 8:? ? ? ? ? 1? ? ? ? 0? ? ? ? 0? ? ? ? ? 0? IO-APIC-edge? rtc?
? 9:? ? ? ? ? 0? ? ? ? 0? ? ? ? 0? ? ? ? ? 0? IO-APIC-level? acpi?
?12:? ? ? ? 109? ? 1787? ? ? ? 0? ? ? ? ? 0? IO-APIC-edge? i8042?
?15:? ? ? ? 99 84813914? ? ? ? 0? ? ? ? ? 0? IO-APIC-edge? ide1?
?51:? ? ? 17371? ? ? ? 0? 46689970? ? ? ? ? 0? IO-APIC-level? ioc0?
?67:? ? ? 1741? ? ? ? 0? ? ? ? 0? 225409160? PCI-MSI? eth0?
?83:? ? ? ? ? 0? ? ? ? 0? ? ? ? 0? ? ? ? ? 0? PCI-MSI? vmci?
NMI:? ? ? ? ? 0? ? ? ? 0? ? ? ? 0? ? ? ? ? 0
LOC:? 950902917? 950903742? 950901202? 950901400
ERR:? ? ? ? ? 0
MIS:? ? ? ? ? 0

Irqbalance對于包含多個核心的系統(tǒng)來說是非常有用的。因為通常中斷只被第一個CPU核心服務(wù)。

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