1. 中断基础概念

中断（Interrupt）是硬件或软件向处理器发送的一种异步信号，用于通知处理器发生了需要立即处理的事件。在多核CPU与网卡队列的上下文中，中断是连接网络设备与CPU核心的关键机制，直接影响数据包处理效率和系统吞吐量。

1.1 什么是中断

中断是一种让CPU暂停当前执行的任务，转而处理更高优先级事件的机制。当网卡接收到数据包时，它会通过硬件中断通知CPU，CPU暂停当前工作，执行中断服务程序（ISR）来处理数据包。

1.2 中断向量

中断向量（Interrupt Vector）是中断号与中断服务程序入口地址之间的映射表。每个中断源被分配一个唯一的中断向量号，CPU收到中断信号后，通过中断向量表（IVT）快速定位对应的处理函数。

1.3 中断处理流程：上半部与下半部

Linux内核将中断处理分为两个阶段，以平衡响应速度和系统吞吐量：

1. 上半部（Top Half）：在中断上下文中立即执行，必须快速完成，通常只做最紧急的工作（如清除中断标志、拷贝寄存器状态）。
2. 下半部（Bottom Half）：在更宽松的上下文中延迟执行，处理耗时操作（如网络协议栈处理、数据包分发）。

1.4 上半部与下半部的实现机制

1.5 中断与多核CPU的关联

在多核CPU系统中，中断分布（Interrupt Affinity）决定了哪个CPU核心处理哪个中断。通过合理配置中断亲和性，可以实现：

• 负载均衡：将不同网卡队列的中断分布到不同CPU核心，避免单核过载。
• 缓存局部性：让处理数据包的CPU核心与数据所在的内存节点（NUMA）对齐，减少跨节点访问延迟。
• 隔离关键任务：将中断绑定到特定核心，为实时任务预留专用核心。

1.6 中断相关内核代码示例

以下代码展示了网卡驱动中注册中断处理函数的基本模式：

/* 网卡驱动中断注册示例 */
static irqreturn_t my_nic_interrupt(int irq, void *dev_id)
{
    struct net_device *dev = dev_id;
    struct my_nic_priv *priv = netdev_priv(dev);

    /* 上半部：读取状态寄存器，清除中断标志 */
    u32 status = readl(priv->ioaddr + STATUS_REG);
    writel(status, priv->ioaddr + STATUS_REG);

    if (status & RX_INT) {
        /* 调度下半部处理接收数据 */
        napi_schedule(&priv->napi);
    }

    return IRQ_HANDLED;
}

/* 驱动初始化时注册中断 */
static int my_nic_probe(struct pci_dev *pdev, ...)
{
    /* 为每个队列注册独立中断 */
    for (int i = 0; i < priv->num_queues; i++) {
        int irq = pci_irq_vector(pdev, i);
        snprintf(priv->irq_name[i], IFNAMSIZ, "%s-q%d",
                 netdev->name, i);
        request_irq(irq, my_nic_interrupt, 0,
                    priv->irq_name[i], netdev);
    }
    return 0;
}

1.7 本章小结