Linux 性能优化之 CPU 篇 ----- Linux 软中断

名词解释

1. 中断其实是一种异步的事件处理机制，可以提高系统的并发处理能力

2. 为了解决中断处理程序执行过长和中断丢失的问题，Linux 将中断处理过程分成了两个阶段，也就是上半部和下半部。

   • 上半部用来快速处理中断，它在中断禁止模式下运行，主要处理跟硬件紧密相关的或时间敏感的工作。也就是我们常说的硬中断，特点是快速执行。
   • 下半部用来延迟处理上半部未完成的工作，通常以内核线程的方式运行。也就是我们常说的软中断，特点是延迟执行。

3. proc 文件系统。它是一种内核空间和用户空间进行通信的机制，可以用来查看内核的数据结构，或者用来动态修改内核的配置。

   • /proc/softirqs 提供了软中断的运行情况；
   • /proc/interrupts 提供了硬中断的运行情况。

4. 网卡接收到数据包后，会通过硬件中断的方式，通知内核有新的数据到了。这时，内核就应该调用中断处理程序来响应它。你可以自己先想一下，这种情况下的上半部和下半部分别负责什么工作呢？

   • 对上半部来说，既然是快速处理，其实就是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（表示数据已经读好了），最后再发送一个软中断信号，通知下半部做进一步的处理。
   • 而下半部被软中断信号唤醒后，需要从内存中找到网络数据，再按照网络协议栈，对数据进行逐层解析和处理，直到把它送给应用程序。

工具与技巧

1. sar 是一个系统活动报告工具，既可以实时查看系统的当前活动，又可以配置保存和报告历史统计数据。

   # -n DEV 表示显示网络收发的报告，间隔1秒输出一组数据
   $ sar -n DEV 1
   15:03:46        IFACE   rxpck/s   txpck/s    rxkB/s    txkB/s   rxcmp/s   txcmp/s  rxmcst/s   %ifutil
   15:03:47         eth0  12607.00   6304.00    664.86    358.11      0.00      0.00      0.00      0.01
   15:03:47      docker0   6302.00  12604.00    270.79    664.66      0.00      0.00      0.00      0.00
   15:03:47           lo      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00      0.00
   15:03:47    veth9f6bbcd   6302.00  12604.00    356.95    664.66      0.00      0.00      0.00      0.05

• 第一列：表示报告的时间
• 第二列：IFACE 表示网卡
• 第三、四列：rxpck/s 和 txpck/s 分别表示每秒接收、发送的网络帧数，也就是 PPS
• 第五、六列：rxkB/s 和 txkB/s 分别表示每秒接收、发送的千字节数，也就是 BPS。

2. hping3 是一个可以构造 TCP/IP 协议数据包的工具，可以对系统进行安全审计、防火墙测试等。

   # -S参数表示设置TCP协议的SYN（同步序列号），-p表示目的端口为80
   # -i u100表示每隔100微秒发送一个网络帧
   # 注：如果你在实践过程中现象不明显，可以尝试把100调小，比如调成10甚至1
   $ hping3 -S -p 80 -i u100 192.168.0.30

3. tcpdump 是一个常用的网络抓包工具，常用来分析各种网络问题

   # -i eth0 只抓取eth0网卡，-n不解析协议名和主机名
   # tcp port 80表示只抓取tcp协议并且端口号为80的网络帧
   $ tcpdump -i eth0 -n tcp port 80
   15:11:32.678966 IP 192.168.0.2.18238 > 192.168.0.30.80: Flags [S], seq 458303614, win 512, length 0
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