CPU明明8個核，網卡爲啥拼命折騰一號核？

中斷機制

我是CPU一號車間的阿Q，我又來了！

咱們平常的工做就是不斷執行代碼指令，不過這看似簡單的工做背後其實也並不輕鬆。

咱不能悶着頭啥也無論一個勁的只管執行代碼，還得和鏈接在主板上的其餘單位打交道。常常保持聯繫的有鍵盤、鼠標、磁盤，哦對，還有網卡，這傢伙最近把我惹到了，待會再說這事兒。

原覺得內存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，不能幹等着，耽誤工夫。後來廠裏一合計，想了個叫中斷的辦法。

在咱們車間裝了個大燈，這些單位想聯繫咱們辦事兒，就先給咱們發一箇中斷信號，大燈就會自動亮起。咱們平時工做執行代碼指令的時候，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，就把手頭的工做先放一邊，去處理一下。

咱們記性不好的，等會處理了完了還得回來接着原來的活繼續幹，爲了等會回來還能接的起來，走以前得把當前執行的這個線程的各個寄存器的值，執行到哪裏了等等這些信息都保存在這個線程的棧裏去。

不過有時候咱們在執行很是重要的事情的時候，就不想被他們打斷。因而咱們又在車間裏那個eflags寄存器中設置了一個標記，若是是1咱們才容許被打斷，若是是0那就算天王老子找咱們也無論了。

哦不對，還有一種不能夠屏蔽的中斷NMI，走得是綠色通道。不過我可不指望有這種事情發生，由於通常都沒有好事，不是電源斷電就是溫度太高，或者總線出了錯誤等這之類嚴重的事情。

8259A PIC

還有一個問題，找咱們辦事兒的單位有不少，咱們得要區分開來，究竟是誰來消息了，並且要是他們一塊兒來找，按什麼樣優先級順序處理，也是一件頭疼的事情。

爲此，廠裏單獨組建了一個全資的子公司來負責這事兒，他就是可編程中斷控制器PIC，外號8259A，其餘單位想聯繫咱們都得經過這個PIC，咱們只須要和PIC進行對接就能夠了。

咱們給辦事單位都分配了一個編號，叫作中斷向量。咱們還準備了一個表格叫中斷描述符表IDT，表格裏記錄了不少信息，其中就有處理這個中斷號對應的函數地址。咱們找PIC拿到編號後就執行處理函數就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，就把它放在內存那傢伙那裏了，爲了能快速找到這個表，專門添置了一個叫idtr的寄存器指向這個表格。

其實除了中斷，咱們在執行指令的時候若是遇到了異常狀況，也會去這個表裏執行異常處理函數，最多見的好比遇到了除數是0，內存地址錯誤等等狀況。

這種狀況下，咱們必須主動放下手裏的活，去處理異常，因此咱們也說異常是同步的，而中斷不知道何時發生，因此是異步的。

APIC

8259A乾的挺不錯的，不事後來我們廠擴大規模，從單核CPU變成了多核，他就有點應付不過來了。

終於有一天，廠裏召開會議，把8259A給撤了，成立了一個新的全資子公司叫高級可編程中斷控制器APIC，名字就多了個高級兩個字，乾的活仍是同樣的。

不過你還別說，這兩個字還真不是吹噓，比8259A不知道高到哪裏去了。

這個APIC的新公司一上臺，就成立了兩個部門，一個叫I/O APIC，負責接待那些要找咱們辦事兒的單位，一個叫Local APIC，之外包的形式入駐到我CPU的各個車間工做，由於就挨着咱們辦公，因此取名叫Local。

I/O APIC收到中斷信號之後，根據本身的策略就分發到對應的Local APIC，我們八個車間就能夠專心處理了，爲咱們省了很多事兒。

不只如此，經過這個外包團隊，咱們八個車間還能向彼此發起中斷請求，咱們把這個叫作處理器間中斷Inter-Processor Interrupt，簡稱IPI。

中斷親和性

每當網絡中有數據包到來，網卡那傢伙就發送一箇中斷消息過來，告訴咱們去處理。

不過最近不知道怎麼回事，網絡數據量激增。我們廠裏明明有8個車間，他非得一個勁的只給咱們發消息，搞得咱們手頭的工做總是被打斷，忙得不可開交。

終於，我忍不住了，去找網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。

想一想也是，回頭我就去了APIC那裏，要求他們分攤一點給別的車間處理。

APIC表示這他們作不了主，得讓廠裏來決定。

沒過幾天，廠裏開了個會，參會的有各車間表明、APIC負責人，還請了操做系統那邊的相關表明過來。

會上，你們爲了此事爭執不休。

二號車間虎子：「阿Q，誰叫大家一號車間是Bootstrap Processor，大家就多辛苦一點嘛」

三號車間表明：「你這話說的不合適，你們是一個Team，要互相幫助！要不這樣，既然有這麼多單位要聯繫咱們，咱就分下工，好比一號車間負責網卡，二號負責磁盤，咱們三號負責鍵盤，以此類推」

五號車間表明：「你想的卻是挺美哦，鍵盤一天能發多少中斷，網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大家以爲怎麼樣？」

八號車間表明：「隨機個啥啊，多麻煩，依我看吶咱8個車間就輪流來唄」

這時，領導問操做系統表明有沒有什麼建議。

這表明站起身來，推了推眼鏡說到：「幾位有沒有聽過線程的CPU親和性？」

你們都搖了搖頭，問到：「這是個什麼意思？」

「就是有些線程想綁定在大家之中的某一個核上面執行，不但願一下子在這個核執行，一下子在那個核執行」

我接過他的話：「好像是有這麼回事兒，以前有遇到過，有個線程一直被分配到咱們一號車間，不過咱們對這個不用關心吧，執行誰不是幹活啊，對咱們都一個樣」

表明搖了搖頭，「唉，這可不同！大家每一個核的一二級緩存都是本身在管理，要是換到別的核，這緩存多半就沒用了，又得從新來創建，這換來換去的豈不是瞎耽誤功夫嘛！對於通常的線程他們卻是不關心，可是有些線程執行大量的內存訪問和運算處理，又對性能要求很高的話，那就很在乎這個問題了」

咱們幾個都恍然大悟，紛紛點頭。

虎子起身問到：「那大家是如何實現這個親和性的呢？這跟咱們今天的會議又有什麼關係呢？」

表明繼續回答說到：「我先回答你的第一個問題。線程調度是咱們操做系統完成的工做，咱們提供了API接口，線程經過調用這些接口代表本身的親和性意願，咱們在調度的時候就能按照他們的意願把線程分配給大家來執行。」

表明喝了一口水接着說到：「我再回答你的第二個問題。既然線程能夠有親和性，那中斷也能夠按照這個思路來分發啊！APIC默認有一套分發策略，可是也提供親和性的設置，能夠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，會議室門口忽然出現一年輕少年，揮手將操做系統表明喚了出去。

接下來，咱們詳細討論了這種方案的可行性，最後你們一致決定，就照這麼辦，咱們一塊兒提出了一個叫中斷親和性的東西，操做系統那邊提供一個可配置的入口smp_affinity，能夠經過設置各處理器核的掩碼來決定中斷交由誰來處理，APIC回去負責落地支持。

有了這套方案，再遇到網絡高峯期，我們一號車間的壓力就有辦法緩解了。

咱們剛剛達成一致，操做系統表明返回會議室，神色凝重的說到：「很差意思各位，操做系統那邊有點事情須要趕回去處理一下，先走一步了」

未完待續······

彩蛋

隨着網卡的一聲中斷，一個新的數據包來到了這片土地。

帝國網絡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！連各大編程語言都擺起地攤了！

由於一個跨域請求，我差點丟了飯碗

完了！CPU一味求快出事兒了！

哈希表哪家強？幾大編程語言吵起來了！

一個HTTP數據包的奇幻之旅