中断
硬中断和软中断的定义与区别
硬中断（Hardware Interrupt）
定义：
由外设硬件发出的中断信号，如网卡、磁盘、键盘、定时器等，通知 CPU “我有事情需要处理”。
特点：
- CPU 接收到硬件的 IRQ（中断请求），立刻打断当前任务，转去执行内核中对应的中断服务程序（ISR，Interrupt Service Routine）。
- 每个设备的 IRQ 是唯一的，中断控制器（如 APIC）会告诉 CPU 哪个中断发生了。
- 多核系统中，中断通常被分发到某一核上处理。
- 时钟中断用于进程调度。
- ISR 是在原子上下文中执行的（不可休眠、不可阻塞）。
软中断（Software Interrupt）
定义：
是内核中的一种推迟处理机制，用于完成一些不能在硬中断中完成的耗时操作（如网络包处理、协议栈处理等）。
特点：
- 不由硬件发出，而是由内核代码主动触发，或者在硬中断中注册。
- 是一种“推后执行”的中断，执行时机由内核控制。
- 是为了减轻硬中断处理时间的压力。
- 软中断并不打断当前进程，而是等内核空闲或调度器合适时再处理。
硬中断与软中断的区别总结
| 项目 | 硬中断 | 软中断 |
|---|---|---|
| 产生方式 | 外设（如网卡、磁盘）主动发送IRQ | 内核代码主动触发 |
| 是否可屏蔽 | 可屏蔽 | 不可屏蔽 |
| 中断号来源 | 中断控制器 | 由程序指令指定 |
| 是否打断当前任务 | 会打断当前运行任务 | 不会打断，推后执行 |
| 执行上下文 | 原子上下文（不能阻塞） | 中断上下文（不能睡眠） |
| 用途 | 快速处理设备请求 | 完成硬中断不能完成的任务 |
上半部和下半部机制详解
为什么要分为上半部和下半部？
- 中断必须尽快响应：否则会丢失数据或影响实时性；
- 中断处理不能太慢：否则会阻塞其他中断或任务调度；
- 因此将中断处理拆成两部分：
- 上半部（硬中断）：快速完成必要操作，比如读取设备状态、保存数据等；
- 下半部（软中断、tasklet等）：处理复杂、耗时、可延迟的任务。
上半部
- 执行时间短，处理紧急、关键操作；
- 在中断上下文中执行；
- 不允许阻塞或调用可能阻塞的函数；
- 优先级高。
下半部
- 执行时间长，处理缓慢任务；
- 可以被打断；
- 优先级低；
- 有多种实现方式：软中断、tasklet、工作队列。
下半部的三种实现机制
| 类型 | 特点 | 执行上下文 | 是否可睡眠 | 适合场景 |
|---|---|---|---|---|
| 软中断（softirq） | 静态注册、可并发执行 | 中断上下文 | ❌ | 网络子系统等高性能场景 |
| tasklet | 基于软中断的封装、串行执行 | 中断上下文 | ❌ | 中等复杂度任务 |
| 工作队列（workqueue） | 可以休眠、调度 | 进程上下文 | ✅ | 需要调度、I/O 等任务 |
Linux中断响应执行流程（简化版）
外设产生中断 →
中断控制器（APIC）发送中断号 →
CPU接收中断号 →
进入中断处理程序（ISR，上半部） →
注册下半部任务（如软中断） →
返回执行正常任务 →
内核稍后调度执行下半部 →
中断处理完成
中断处理函数何时执行？中断的申请位置？
- 中断的处理函数注册通过：
request_irq()完成； - 正确注册位置通常是设备第一次被打开的时候；
- 注意：在调用
request_irq()之前必须确保硬件已经初始化完毕，否则中断可能来不及处理。
小结
- 硬中断来自硬件，优先级高、处理快；
- 软中断是内核机制，用于“推后处理”；
- 上下半部机制让中断处理更高效；
- request_irq() 需要在设备使用前完成调用；
- 下半部可以用 softirq、tasklet、workqueue，各有适用场景。