中断在很大程度上解放了 CPU，提高了 CPU 的执行效率，弥补了 CPU 与外设运行速度之间的差距。
简介
内核主要通过中断来管理硬件，与其相似的还有异常。
异常是指 CPU 内部出现的中断，即在 CPU 执行特定指令时出现的非法情况；异常也称为同步中断，也就是只有在一条指令执行后才会发出中断，不会在指令执行期间发生异常。常见的有除 0 错误，缺页异常，这个是不能屏蔽的。
中断通常是由其他硬件设备随机产生，可能会在指令执行过程中产生中断，分为可屏蔽中断和不可屏蔽中断。不可屏蔽中断如电源掉电、物理存储的奇偶校验等，可屏蔽中断。
中断原理
从硬件来开中断是由设备产生的一种电信号，并直接送入中断控制器 (Programmable Interrupt Controller, PIC)，再向 CPU 发送相应的信号，然后会 CPU 会中断当前处理的任务去处理中断。
8259A
在最早的 8086 阶段，CPU 是没有集成 PIC 的，但是提供了两个外接引脚 NMI 和 INTR，其中 NMI 为不可屏蔽中断，通常用于电源掉电和物理存储器奇偶校验；INTR 是可屏蔽中断，主要用于接受外部硬件的中断信号，可以进行屏蔽。
通常采用两个 8259A 级联实现，每个芯片提供 8 个中断源，总共可以提供 15 个中断信号源，使用之前需要对其进行初始化。
而 8259A 只适用于单 CPU ，当出现了 SMP 后，Intel 引入了 APIC (Advanced Programmable Interrupt Controller)，用于解决中断在各个 CPU 之间的路由关系，也即可以将中断传递给各个 CPU Cores ，该控制器最早在 Pentium 4 中出现。
APIC
APIC 经历了 APIC、xAPIC、x2APIC，其基本架构没有变化，只是其通讯的总线有所改变，或者对部分的功能进行了扩展。
该组件包含两部分组成：Local APIC 和 I/O APIC 。Local APIC 位于 CPU 内部，负责传递中断信号到指定的处理器，每个 CPU 都会对应一个，同时它还有一个 Timer 功能，可以为所属的处理器提供本地时钟功能，而且还可以给发送中断消息给其他处理器 IPI (Inter Processor Interrupt)。
I/O APIC 一般位于南桥芯片上，用来是收集来自 I/O 设备的中断信号，并按照配置将中断发送到 Local APIC，系统中最多可拥有 8 个 I/O APIC。
IO APIC 通过 LINT0 和 LINT1 引脚与 CPU 相连，相比于 8259，IOAPIC 可以处理更多的外设中断，如 ICH9 中单个 IOAPIC 可以支持 24 个中断，而且可以将接收到的中断分发到不同的处理器中。
每个 Local APIC 都有 32 位的寄存器，一个本地时钟以及为本地中断保留的两条额外的 IRQ 线 LINT0 和 LINT1，所有本地 APIC 都连接到 I/O APIC，形成一个多级 APIC 系统。
MSI/MSI-X
在 PCI 总线中，所有需要提交中断请求的设备，必须能够通过 INTx 引脚提交中断请求，而 MSI 是可选机制。而在 PCIe 总线中，PCIe 设备必须支持 MSI 或者 MSI-X 中断请求机制，可以不支持 INTx 中断。
MSI (Message-Signaled Interrupts) 也就是基于消息信号的中断，相比 APIC 来说，更加灵活，性能更高。
MSI 中断究其本质，就是一个存储器读写事件，将 MSI Address 设置为内存中的某个地址，产生中断时，中断源会在 MSI Address 所在的地址写入 MSI Data。例如，如果有四条 MSI 中断线，就会依次写入 Data、Data+1、Data+2、Data+3 在内存中，依次来区分中断源设备。
对于设备来说，会在自己的配置空间定义了自己的 Capabilities list，如果该设备支持 MSI 中断，在此 list 中必定有一个节点的 ID=0x5D，其中 0x5D 表明是 MSI 中断节点，其位置由设备自定义。
MSI-X 是 MSI 的扩展，可以让一个硬件设备初始化多个中断向量，支持多个 CPU 同时处理一个 PCIe 设备的中断任务。
中断查看
要启用 MSI/MSI-X 类型的中断，需要在内核编译过程中带上相关的编译参数。通过 /proc/interrupts 可以查看系统的中断统计信息，以及中断类型，列表中如果有 IO-APIC 说明正在使用 APIC；如果看到 XT-PIC 则意味着正在使用 8259A 芯片；有 MSI 信息则说明是用 MSI 中断。
在 /proc/interrupts 中，第 1 列是中断号；接着是 CPUx 表示接收到的中断请求的次数；接着是对当前中断的描述，在 request_irq() 函数中传入。另外，NMI 和 LOC 是系统所使用的驱动，用户是无法访问的。
IRQ 号决定了中断的优先级，越小意味着优先级越高。
- IRQ0：系统时钟，不能改变。
- IRQ1：键盘控制器，不能改变。
- IRQ3：串口 2 的串口控制器，如有串口4 也会使用这个中断。
- IRQ4：串口 1 的串口控制器，如有串口3 也会使用这个中断。
- IRQ5：并口 2 和 3 或 声卡。
- IRQ6：软盘控制器。
- IRQ7：并口 1 被用于打印机，若没有打印机，可以用于其它的并口。
当然，现在通常只有 IRQ0 和 IRQ1，其它的上述中断已经成为了历史。
另外，IRQ 有一个关联的绑定属性 smp_affinity，该参数可以用来指定执行 ISR 的 CPU 核，该配置的内容保存在 /proc/irq/NUM/smp_affinity 文件中，可以通过 root 用户查看/修改该值。
该文件会一个十六进制的掩码，代表了系统中所有 CPU 核，以网卡 eth0 为例：
# grep eth0 /proc/interrupts
57: 5 0 2 1203 PCI-MSI-edge eth0
# cat /proc/irq/57/smp_affinity
8
其中绑定关系用的是二进制，其对应关系为 0001(1)-CPU0、0101(5)-CPU0/2 ，那么上述 eth0 的 ISR 绑定到了 CPU3。
当然这还有一个前提，就是 irqbalance 服务需要关闭。irqbalance 是个服务进程，用来自动绑定和平衡 IRQ 的，可以通过 ps 查看是否有该进程。
Linux 中断查看
Linux 内核中定义了 softirq 类型，通常来说不需要添加其它类型的软中断，如果需要一般使用 tasklets 。
enum { // include/linux/interrupt.h
HI_SOFTIRQ=0,
TIMER_SOFTIRQ,
NET_TX_SOFTIRQ,
NET_RX_SOFTIRQ,
BLOCK_SOFTIRQ,
BLOCK_IOPOLL_SOFTIRQ,
TASKLET_SOFTIRQ,
SCHED_SOFTIRQ,
HRTIMER_SOFTIRQ,
RCU_SOFTIRQ, /* Preferable RCU should always be the last softirq */
NR_SOFTIRQS
};
有如下的几种方式可以查看软中断的统计信息，包括在那些 CPU 上执行了多少次。
----- 每种类型的软中断分别在每个CPU上执行了多少次
$ cat /proc/softirqs
CPU0 CPU1 CPU2 CPU3
HI: 148 86 96 66
TIMER: 93155814 83650552 78772010 82808729
NET_TX: 11483 14361 29725 6904
NET_RX: 2885712 452024 2343460 263921
BLOCK: 8943601 842 2215 1086
BLOCK_IOPOLL: 58 0 1 16
TASKLET: 19240313 848 221255 983
SCHED: 20381866 17177463 11667301 10782048
HRTIMER: 0 0 0 0
RCU: 16624528 15482367 14754726 14837976
----- 查看每种中断的执行次数，第一列代表softirq总数，而后每一列分别对应一种软中断类型
$ cat /proc/stat |grep "softirq"
softirq 497658376 396 340734538 63039 5986156 8993118 75 19475944 60410520 0 61994590
----- 查看各个中断的执行次数
$ cat /proc/interrupts
CPU0 CPU1 CPU2 CPU3
0: 34 0 0 0 IO-APIC-edge timer
1: 459391 0 8 2 IO-APIC-edge i8042
7: 24 0 0 0 IO-APIC-edge
8: 0 0 1 0 IO-APIC-edge rtc0
9: 857316 11 9635 83 IO-APIC-fasteoi acpi
12: 13855205 21 547 16 IO-APIC-edge i8042
16: 0 0 0 0 IO-APIC-fasteoi mmc0
19: 13747528 37 8297 14 IO-APIC-fasteoi ath9k
21: 942 9 30 3 IO-APIC-fasteoi ehci_hcd:usb3
40: 117 0 82 0 PCI-MSI-edge snd_hda_intel
41: 10 0 6 0 PCI-MSI-edge mei_me
42: 9241838 717 2096 1017 PCI-MSI-edge 0000:00:1f.2
43: 19183739 6 245680 6 PCI-MSI-edge i915
----- 同样可以通过/proc/stat查看中断出现的次数
$ cat /proc/stat |grep intr
intr 1006147094 34 459401 0 0 0 0 0 24 1 867368 0 0 13855789 ... ...
除了直接查看文件之外，也可以通过 dstat、vmstat 等指令获取中断的次数；可以通过 mpstat 命令查看每个 CPU 上 softirq 的开销。一般情况下，中断总数略大于软中断数。
中断亲和性
Linux 默认会在初始化时将所有的 CPU 分配给中断。
static void __init init_irq_default_affinity(void)
{
alloc_cpumask_var(&irq_default_affinity, GFP_NOWAIT);
cpumask_setall(irq_default_affinity);
}
可以通过 cat /proc/irq/default_smp_affinity 查看当前的默认值。
实际上，很多设备不支持一个中断号被多个 CPU 处理，通常只有 CPU0 在真正处理中断请求，进而会导致 CPU0 由于压力过大产生问题，如响应时间增加，甚至可能产生丢包甚至 hang 住。
可以通过人工绑定，例如将一个网卡中断请求绑定到一个固定的 CPU core 上，步骤如下：
- 确定网卡队列的中断号
cat /proc/interrutps \| grep "eth0-TxRx-0"； - 进入
/proc/irq/${IRQ}/查看其中的两个文件，smp_affinity和smp_affinity_list，改任意一个文件，另一个文件会同时更改；
其中，smp_affinity 采用 16 进制掩码的方式，1 代表 CPU0，6 代表 CPU2、CPU1 ；而 smp_affinity_list 采用 10 进制，可读性高，6 代表 CPU6，0-2,4-6 代表 0,1,2,4,5,6 ；
目前，很多的网卡、RAID 卡是支持多队列的，而实际上很多的硬件设备是不支持多队列的，在绑定的时候需要注意的几个点：
- 有些中断还会落到 CPU0 上，因此最好不要将 CPU0 绑定到网卡中断。
- 打散尽量按照物理 CPU 绑定，不要使用逻辑核。
Linux 中断实现
设备中断会打断内核中进程的正常调度和运行，为了提高效率，必然要求中断服务尽可能的短小精悍，但是，有些 ISR 却需要大量的耗时处理。
为了提高系统的响应能力，Linux 将中断处理程序分为两个部分：上半部 (top half) 和下半部 (bottom half)。上半部处理时中断是被屏蔽的，所以通常用来处理一些比较紧急的任务，而且要尽可能快；下半部分通常就是正常的中断处理程序。
不过，对于上半部分和下半部分之间的划分没有特别严格的规则，通常是靠驱动程序开发人员自己的编程习惯来划分，不过还是有些习惯供参考：
- 如果该任务对时间比较敏感，将其放在上半部中执行。
- 如果该任务要保证不被其他中断打断，放在上半部中执行，因为此时系统中断是关闭的。
- 如果该任务和硬件相关，一般放在上半部中执行。
如果中断要处理的工作本身就很少，则完全可以直接在上半部全部完成。
如上所述，对于耗时的不太紧急的任务，一般会在下半部执行，而随着下半部的不断演化，已经从最原始的 Bottom Half 衍生出软中断 (softirq-2.3引入)、tasklet (2.3引入)、工作队列 (work queue-2.5引入)。