【转帖】Linux性能优化（十六）——中断绑定

一、中断绑定简介

1、中断简介

计算机中，中断是一种电信号，由硬件产生并直接送到中断控制器上，再由中断控制器向CPU发送中断信号，CPU检测到信号后，中断当前工作转而处理中断信号。CPU会通知操作系统已经产生中断，操作系统就会对中断进行处理。常见的中断控制器有两种：可编程中断控制器8259A和高级可编程中断控制器(APIC)。8259A只适合单 CPU的情况，多CPU多核的SMP体系下，为了充分利用SMP体系结构，把中断传递给系统上的每个CPU以便更好实现并行和提高性能，Intel引入了高级可编程中断控制器(APIC)。

中断是一种硬件主动发起的和CPU进行通信的方式，轮询(polling)是CPU定时对硬件状态进行查询然后做相应处理。

每个硬件设备(如硬盘、网卡等)都需要和CPU进行通信，以便CPU处理硬件请求，硬件设备主动打扰CPU的现象称为硬件中断。

操作系统中，每个硬件设备都会被分配一个IRQ号，通过唯一的IRQ号可以区分不同硬件的中断。

2、中断绑定简介

中断绑定即设置中断的CPU Affinity，让中断只在指定CPU核心上进行响应。

硬件中断发生频繁，会非常消耗CPU资源。在多核CPU条件下，如果把大量硬件中断分配给不同的CPU核心处理可以很好的平衡性能。通常服务器上会有多个CPU多核、多块网卡、多块硬盘，如果能让网卡中断独占1个CPU核心、磁盘IO中断独占1个CPU核心，将会大大减轻单一CPU负载、提高整体处理效率。

默认情况下，Linux中断响应会被平均分配到所有CPU核心上，势必会发生写新的数据和指令缓存，并与CPU核心上原有进程产生冲突，造成中断响应延迟，影响进程处理时间。为了解决中断响应延迟问题，可以将中断（或进程）绑定到指定CPU核心上，中断（或进程）所需要指令代码和数据有更大概率位于指定CPU本地数据和指令缓存内，而不必进行新的写缓存，从而提高中断响应（或进程）的处理速度。将某一个进程及其相关中断绑定在同一个CPU核心上，使其共享缓存，提高程序性能；将彼此不相关的中断与进程绑定到不同的CPU核心上，可以避免冲突，提高程序性能。

Linux Kernel 2.4开始支持把不同的硬件中断请求(IRQ)分配到特定的CPU上，绑定技术被称为SMP IRQ Affinity。

3、中断绑定应用

对于文件服务器、Web服务器，把不同的网卡IRQ均衡绑定到不同的CPU上将会减轻某CPU的负载，提高多个CPU整体处理中断的能力；对于数据库服务器，把磁盘控制器绑到一个CPU、把网卡绑定到另一个CPU将会提高数据库的响应时间、优化性能。

合理的根据自己的生产环境和应用的特点来平衡IRQ中断有助于提高系统的整体吞吐能力和性能。

二、中断绑定流程

1、关闭中断平衡守护进程

中断平衡守护进程（irqbalance daemon）会周期性地将中断平均地公平地分配给各个CPU核心，默认开启。为了实现中断绑定，首先需要将中断平衡守护进程关闭。

systemctl status irqbalance

查看守护进程的运行状态

systemctl stop irqbalance

关闭中断平衡守护进程，中断响应默认都会由CPU0核心处理。

systemctl disable irqbalance

取消中断平衡守护进程开机重启

关闭中断平衡守护进程过于强硬，可以在不关闭中断平衡守护进程条件下，让某些CPU核心脱离中断平衡守护进程的管理。

2、脱离中断平衡守护进程

可以通过修改/etc/sysconfig/irqbalance配置文件，将指定CPU核心从中断平衡守护进程的列表中脱离出来，即中断平衡守护进程不会再将中断分配给相应CPU核心。

将IRQBALANCE_BANNED_CPUS指定禁止中断平衡守护进程管理的CPU十六进制掩码，如将8~15编号CPU核心从中断平衡守护进程中脱离，设置如下：

IRQBALANCE_BANNED_CPUS=0000ff00

CPU掩码最多可以有64位，如果计算机核心数超过32个，可以使用两个32位掩码，并用逗号隔开。

IRQBALANCE_BANNED_CPUS=00000001,0000ff00

3、绑定指定中断到CPU

中断绑定时，需要关闭系统中断平衡守护进程

systemctl stop irqbalance

计算机当前各种中断响应情况在/proc/interrupts文件中。

第一列是中断ID号，CPU N列是中断在第n个CPU核心上的响应次数，倒数第二列是中断类型，最后一列是描述。

利用echo命令将CPU掩码写入/proc/irq /中断ID/smp_affinity文件中，即可实现修改某一中断的CPU亲和性。例如

echo 0x0004 > /proc/irq /50/smp_affinity

将网卡的中断响应绑定到CPU2核心上。

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