网络数据包处理中CPU软中断与网卡硬中断的分工机制

网卡硬中断负责通知CPU数据到达，触发软中断处理；CPU软中断执行实际数据包处理，二者分工提升效率。

在现代网络数据包处理中，CPU软中断与网卡硬中断各司其职，协同完成高效的数据接收与发送。理解它们的分工机制，有助于优化系统性能，尤其是在高并发、低延迟场景下尤为重要。

网卡硬中断：触发数据到达的通知

当网络数据包到达网卡时，网卡通过硬件中断（Hard IRQ）通知CPU有数据需要处理。这个过程是异步的，由网卡主动发起，属于硬件层面的响应。

• 网卡接收到数据包后，将其写入预分配的DMA缓冲区，无需CPU干预。
• 写入完成后，网卡向CPU发送一个硬件中断信号。
• CPU响应中断，执行中断服务程序（ISR），该程序通常非常简短，仅做标记和唤醒操作。
• 为了避免长时间占用CPU，硬中断处理尽可能快地退出，将真正的数据处理推迟到软中断阶段。

CPU软中断：执行实际的数据包处理

软中断（Softirq）是在内核上下文中执行的延迟处理机制，用于完成硬中断无法高效完成的复杂任务。

• 硬中断触发后，会调度对应的软中断（如NET_RX_SOFTIRQ）待处理。
• 软中断在关闭中断的短暂窗口后运行，可以执行较耗时的操作，如协议栈解析、数据包分发等。
• 软中断由ksoftirqd内核线程或在用户进程返回内核时被检查并执行。
• 多个数据包可批量处理，提升缓存命中率和吞吐效率。

分工协作的关键设计原则

这种“硬中断唤醒、软中断处理”的模式，核心在于分离实时性要求和计算密集型任务。

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• 硬中断保证及时响应，避免丢包，但不做复杂处理。
• 软中断允许更灵活的调度，在合适时机集中处理一批数据包。
• 通过NAPI（New API）机制，网卡可在数据量大时切换为轮询模式，减少中断风暴。
• 多队列网卡配合RPS/RSS技术，可将软中断负载分散到多个CPU核心。

性能影响与调优方向

软中断处理若不均衡，容易导致单个CPU核心负载过高，表现为si（softirq）使用率飙升。

• 可通过/proc/softirqs观察各CPU上软中断分布。
• 调整RPS配置，将特定队列的软中断处理迁移到其他核心。
• 启用NAPI驱动，降低高流量下的中断频率。
• 结合XPS优化发送路径，实现收发均衡。

基本上就这些。硬中断负责“敲门”，软中断负责“干活”，两者配合决定了网络吞吐和延迟表现。合理配置能显著提升服务器处理能力。

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