中央处理器明明 8.个核,网卡为啥拼命折腾一号核?

本文来自微信公众号:编程技术宇宙 (ID:轩辕编码)作者:轩辕之风 O型

中断机制

我是 中央处理器一号车间的阿 Q我又来了!

我们日常的工作就是不断执行代码指令,不过这看似简单的工作背后其实也并不轻松。

咱不能闷着头啥也不管一个劲的只管执行代码,还得和连接在主板上的其他单位打交道。经常保持联系的有键盘、鼠标、磁盘,哦对,还有网卡,这家伙最近把我惹到了,待会再说这事儿。

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原以为内存那家伙已经够慢的了,没想到跟上面这几位通个信比他更慢,咱 中央处理器工厂的时间一刻值千金,不能干等着,耽误工夫。后来厂里一合计,想了个叫中断的办法。

在我们车间装了个大灯,这些单位想联系我们办事儿,就先给我们发一个中断信号,大灯就会自动亮起。我们平时工作执行代码指令的时候,每执行一条指令就会瞅一眼看看大灯有没有亮起来。一旦发现灯亮了,就把手头的工作先放一边,去处理一下。

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我们记性很差的,等会处理了完了还得回来接着原来的活继续干,为了等会回来还能接的起来,走之前得把当前执行的这个线程的各个寄存器的值,执行到哪里了等等这些信息都保存在这个线程的栈里去。

不过有时候我们在执行非常重要的事情的时候,就不想被他们打断。于是我们又在车间里那个 电子标签寄存器中设置了一个标记,如果是 1.我们才允许被打断,如果是 0那就算天王老子找我们也不管了。

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哦不对,还有一种不可以屏蔽的中断 NMI、走得是绿色通道。不过我可不期望有这种事情发生,因为一般都没有好事,不是电源断电就是温度过高,或者总线出了错误等这之类严重的事情。

8259A个人信息中心

还有一个问题,找我们办事儿的单位有很多,我们得要区分开来,到底是谁来消息了,而且要是他们一起来找,按什么样优先级顺序处理,也是一件头疼的事情。

为此,厂里单独组建了一个全资的子公司来负责这事儿,他就是可编程中断控制器 照片,外号 8259A其他单位想联系我们都得通过这个 照片,我们只需要和 照片进行对接就可以了。

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我们给办事单位都分配了一个编号,叫做中断向量。我们还准备了一个表格叫中断描述符表 IDT、表格里记录了很多信息,其中就有处理这个中断号对应的函数地址。我们找 照片拿到编号后就执行处理函数就 好啊了。

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这个表格有点大,足足有 256项,咱 中央处理器车间空间有限,放不下,就把它放在内存那家伙那里了,为了能快速找到这个表,专门添置了一个叫 idtr公司的寄存器指向这个表格。

其实除了中断,我们在执行指令的时候如果遇到了异常情况,也会去这个表里执行异常处理函数,最常见的比如遇到了除数是 0,内存地址错误等等情况。

这种情况下,我们必须主动放下手里的活,去处理异常,所以我们也说异常是同步的,而中断不知道什么时候发生,所以是异步的。

APIC公司

8259安干的挺不错的,不过后来咱们厂扩大规模,从单核 中央处理器变成了多核,他就有点应付不过来了。

终于有一天,厂里召开会议,把 8259安给撤了,成立了一个新的全资子公司叫高级可编程中断控制器 APIC、名字就多了个高级两个字,干的活还是一样的。

不过你还别说,这两个字还真不是吹嘘,比 8259安不知道高到哪里去了。

这个 APIC公司的新公司一上台,就成立了两个部门,一个叫 输入/输出APIC负责接待那些要找我们办事儿的单位,一个叫 当地APIC以外包的形式入驻到我 中央处理器的各个车间工作,因为就挨着我们办公,所以取名叫 地方的

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输入/输出APIC收到中断信号以后,根据自己的策略就分发到对应的 当地APIC咱们八个车间就可以专心处理了,为我们省了不少事儿。

不仅如此,通过这个外包团队,我们八个车间还能向彼此发起中断请求,我们把这个叫做处理器间中断 处理器间中断简称 IPI

中断亲和性

每当网络中有数据包到来,网卡那家伙就发送一个中断消息过来,告诉我们去处理。

不过最近不知道怎么回事,网络数据量激增。咱们厂里明明有 8.个车间,他非得一个劲的只给我们发消息,搞得我们手头的工作老是被打断,忙得不可开交。

终于,我忍不住了,去找网卡那家伙理论了一番。不过他告诉我,这也不能怪他,分发给谁处理,那是 APIC公司在负责。

想想也是,回头我就去了 APIC公司那里,要求他们分摊一点给别的车间处理。

APIC公司表示这他们做不了主,得让厂里来决定。

没过几天,厂里开了个会,参会的有各车间代表、APIC公司负责人,还请了操作系统那边的相关代表过来。

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会上,大家为了此事争执不休。

二号车间虎子:“阿 Q谁叫你们一号车间是 引导处理器你们就多辛苦一点嘛”

三号车间代表:“你这话说的不合适,大家是一个 团队要互相帮助!要不这样,既然有这么多单位要联系我们,咱就分下工,比如一号车间负责网卡,二号负责磁盘,我们三号负责键盘,以此类推”

五号车间代表:“你想的倒是挺美哦,键盘一天能发多少中断,网卡一天要发多少中断,你净挑轻松的干。这样吧,咱就用随机分发进行负载均衡你们觉得怎么样?”

八号车间代表:“随机个啥啊,多麻烦,依我看呐咱 8.个车间就轮流来呗”

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这时,领导问操作系统代表有没有什么建议。

这代表站起身来,推了推眼镜说到:“几位有没有听过线程的 中央处理器亲和性?”

大家都摇了摇头,问到:“这是个什么意思?”

“就是有些线程想绑定在你们之中的某一个核上面执行,不希望一会儿在这个核执行,一会儿在那个核执行”

我接过他的话:“好像是有这么回事儿,之前有遇到过,有个线程一直被分配到我们一号车间,不过我们对这个不用关心吧,执行谁不是干活啊,对我们都一个样”

代表摇了摇头,“唉,这可不一样!你们每个核的一二级缓存都是自己在管理,要是换到别的核,这缓存多半就没用了,又得重新来建立,这换来换去的岂不是瞎耽误功夫嘛!对于一般的线程他们倒是不关心,但是有些线程执行大量的内存访问和运算处理,又对性能要求很高的话,那就很在意这个问题了”

我们几个都恍然大悟,纷纷点头。

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虎子起身问到:“那你们是如何实现这个亲和性的呢?这跟我们今天的会议又有什么关系呢?”

代表继续回答说到:“我先回答你的第一个问题。线程调度是我们操作系统完成的工作,我们提供了 美国石油学会接口,线程通过调用这些接口表明自己的亲和性意愿,我们在调度的时候就能按照他们的意愿把线程分配给你们来执行。”

代表喝了一口水接着说到:“我再回答你的第二个问题。既然线程可以有亲和性,那中断也可以按照这个思路来分发啊!APIC公司默认有一套分发策略,但是也提供亲和性的设置,可以指定谁哪些核来处理,这样不用把规矩定死,灵活可变,岂不更好?”

刚说完,会议室门口突然出现一年轻少年,挥手将操作系统代表唤了出去。

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接下来,我们详细讨论了这种方案的可行性,最后大家一致决定,就照这么办,我们一起提出了一个叫中断亲和性的东西,操作系统那边提供一个可配置的入口 smp_affinity可以通过设置各处理器核的掩码来决定中断交由谁来处理,APIC公司回去负责落地支持。

有了这套方案,再遇到网络高峰期,咱们一号车间的压力就有办法缓解了。

我们刚刚达成一致,操作系统代表返回会议室,神色凝重的说到:“不好意思各位,操作系统那边有点事情需要赶回去处理一下,先走一步了”。

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