## 中斷機制 我是CPU一號車間的阿Q，我又來了！ 我們日常的工作就是不斷執行程式碼指令，不過這看似簡單的工作背後其實也並不輕鬆。 咱不能悶著頭啥也不管一個勁的只管執行程式碼，還得和連線在主機板上的其他單位打交道。經常保持聯絡的有鍵盤、滑鼠、磁碟，哦對，還有網絡卡，這傢伙最近把我惹到了，待會再說這事兒。  原以為記憶體那傢伙已經夠慢的了，沒想到跟上面這幾位通個信比他更慢，咱CPU工廠的時間一刻值千金，不能幹等著，耽誤工夫。後來廠裡一合計，想了個叫`中斷`的辦法。 在我們車間裝了個大燈，這些單位想聯絡我們辦事兒，就先給我們發一箇中斷訊號，大燈就會自動亮起。我們平時工作執行程式碼指令的時候，每執行一條指令就會瞅一眼看看大燈有沒有亮起來。一旦發現燈亮了，就把手頭的工作先放一邊，去處理一下。  我們記性很差的，等會處理了完了還得回來接著原來的活繼續幹，為了等會回來還能接的起來，走之前得把當前執行的這個執行緒的各個暫存器的值，執行到哪裡了等等這些資訊都儲存在這個執行緒的棧裡去。 不過有時候我們在執行非常重要的事情的時候，就不想被他們打斷。於是我們又在車間裡那個`eflags暫存器`中設定了一個標記，如果是1我們才允許被打斷，如果是0那就算天王老子找我們也不管了。  哦不對，還有一種不可以遮蔽的中斷`NMI`，走得是綠色通道。不過我可不期望有這種事情發生，因為一般都沒有好事，不是電源斷電就是溫度過高，或者匯流排出了錯誤等這之類嚴重的事情。 ## 8259A PIC 還有一個問題，找我們辦事兒的單位有很多，我們得要區分開來，到底是誰來訊息了，而且要是他們一起來找，按什麼樣優先順序順序處理，也是一件頭疼的事情。 為此，廠裡單獨組建了一個全資的子公司來負責這事兒，他就是`可程式設計中斷控制器PIC`，外號8259A，其他單位想聯絡我們都得通過這個PIC，我們只需要和PIC進行對接就可以了。  我們給辦事單位都分配了一個編號，叫做`中斷向量`。我們還準備了一個表格叫`中斷描述符表IDT`，表格裡記錄了很多資訊，其中就有處理這個中斷號對應的函式地址。我們找PIC拿到編號後就執行處理函式就OK了。  這個表格有點大，足足有256項，咱CPU車間空間有限，放不下，就把它放在記憶體那傢伙那裡了，為了能快速找到這個表，專門添置了一個叫`idtr`的暫存器指向這個表格。 其實除了中斷，我們在執行指令的時候如果遇到了`異常`情況，也會去這個表裡執行異常處理函式，最常見的比如遇到了除數是0，記憶體地址錯誤等等情況。 這種情況下，我們必須主動放下手裡的活，去處理異常，所以我們也說`異常`是同步的，而中斷不知道什麼時候發生，所以是非同步的。 ## APIC 8259A乾的挺不錯的，不過後來咱們廠擴大規模，從單核CPU變成了多核，他就有點應付不過來了。 終於有一天，廠裡召開會議，把8259A給撤了，成立了一個新的全資子公司叫`高階可程式設計中斷控制器APIC`，名字就多了個高階兩個字，乾的活還是一樣的。 不過你還別說，這兩個字還真不是吹噓，比8259A不知道高到哪裡去了。 這個APIC的新公司一上臺，就成立了兩個部門，一個叫`I/O APIC`，負責接待那些要找我們辦事兒的單位，一個叫`Local APIC`，以外包的形式入駐到我CPU的各個車間工作，因為就挨著我們辦公，所以取名叫Local。  `I/O APIC`收到中斷訊號以後，根據自己的策略就分發到對應的`Local APIC`，咱們八個車間就可以專心處理了，為我們省了不少事兒。 不僅如此，通過這個外包團隊，我們八個車間還能向彼此發起中斷請求，我們把這個叫做處理器間中斷`Inter-Processor Interrupt`，簡稱**IPI**。 ## 中斷親和性 每當網路中有資料包到來，網絡卡那傢伙就傳送一箇中斷訊息過來，告訴我們去處理。 不過最近不知道怎麼回事，網路資料量激增。咱們廠裡明明有8個車間，他非得一個勁的只給我們發訊息，搞得我們手頭的工作老是被打斷，忙得不可開交。 終於，我忍不住了，去找網絡卡那傢伙理論了一番。不過他告訴我，這也不能怪他，分發給誰處理，那是APIC在負責。 想想也是，回頭我就去了APIC那裡，要求他們分攤一點給別的車間處理。 APIC表示這他們做不了主，得讓廠裡來決定。 沒過幾天，廠裡開了個會，參會的有各車間代表、APIC負責人，還請了作業系統那邊的相關代表過來。  會上，大家為了此事爭執不休。 二號車間虎子：“阿Q，誰叫你們一號車間是`Bootstrap Processor`，你們就多辛苦一點嘛” 三號車間代表：“你這話說的不合適，大家是一個Team，要互相幫助！要不這樣，既然有這麼多單位要聯絡我們，咱就分下工，比如一號車間負責網絡卡，二號負責磁碟，我們三號負責鍵盤，以此類推” 五號車間代表：“你想的倒是挺美哦，鍵盤一天能發多少中斷，網絡卡一天要發多少中斷，你淨挑輕鬆的幹。這樣吧，咱就用隨機分發進行負載均衡你們覺得怎麼樣？” 八號車間代表：“隨機個啥啊，多麻煩，依我看吶咱8個車間就輪流來唄”  這時，領導問作業系統代表有沒有什麼建議。 這代表站起身來，推了推眼鏡說到：“幾位有沒有聽過執行緒的`CPU親和性`？” 大家都搖了搖頭，問到：“這是個什麼意思？” “就是有些執行緒想繫結在你們之中的某一個核上面執行，不希望一會兒在這個核執行，一會兒在那個核執行” 我接過他的話：“好像是有這麼回事兒，之前有遇到過，有個執行緒一直被分配到我們一號車間，不過我們對這個不用關心吧，執行誰不是幹活啊，對我們都一個樣” 代表搖了搖頭，“唉，這可不一樣！你們每個核的一二級快取都是自己在管理，要是換到別的核，這快取多半就沒用了，又得重新來建立，這換來換去的豈不是瞎耽誤功夫嘛！對於一般的執行緒他們倒是不關心，但是有些執行緒執行大量的記憶體訪問和運算處理，又對效能要求很高的話，那就很在意這個問題了” 我們幾個都恍然大悟，紛紛點頭。  虎子起身問到：“那你們是如何實現這個親和性的呢？這跟我們今天的會議又有什麼關係呢？” 代表繼續回答說到：“我先回答你的第一個問題。執行緒排程是我們作業系統完成的工作，我們提供了API介面，執行緒通過呼叫這些介面表明自己的親和性意願，我們在排程的時候就能按照他們的意願把執行緒分配給你們來執行。” 代表喝了一口水接著說到：“我再回答你的第二個問題。既然執行緒可以有親和性，那中斷也可以按照這個思路來分發啊！APIC預設有一套分發策略，但是也提供親和性的設定，可以指定誰哪些核來處理，這樣不用把規矩定死，靈活可變，豈不更好？” 剛說完，會議室門口突然出現一年輕少年，揮手將作業系統代表喚了出去。  接下來，我們詳細討論了這種方案的可行性，最後大家一致決定，就照這麼辦，我們一起提出了一個叫`中斷親和性`的東西，作業系統那邊提供一個可配置的入口**smp_affinity**，可以通過設定各處理器核的掩碼來決定中斷交由誰來處理，APIC回去負責落地支援。 有了這套方案，再遇到網路高峰期，咱們一號車間的壓力就有辦法緩解了。 我們剛剛達成一致，作業系統代表返回會議室，神色凝重的說到：“不好意思各位，作業系統那邊有點事情需要趕回去處理一下，先走一步了” **未完待續······** ## 彩蛋 > 隨著網絡卡的一聲中斷，一個新的資料包來到了這片土地。 > > 帝國網路部新來的年輕人顯然沒有意識到危險的到來······ > > *預知後事如何，請關注後續精彩······* ## 往期TOP5文章 [真慘！連各大程式語言都擺起地攤了！](https://mp.weixin.qq.com/s/_nTIFPwbqieIvrbpXkB5CQ) [因為一個跨域請求，我差點丟了飯碗](https://mp.weixin.qq.com/s/K15IVpe57STOf0SxyLEg9A) [完了！CPU一味求快出事兒了！](https://mp.weixin.qq.com/s/NVIgNj4c7ixkJWsemOt--g) [雜湊表哪家強？幾大程式語言吵起來了！](https://mp.weixin.qq.com/s/erSqe-nItuQPxW4MT3LEVg) [一個HTTP資料包的奇幻之旅](https://mp.weixin.qq.com/s/axPUi-8kHtFQTwgRtyZtGQ)