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MIT6.S081
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9.9 Interrupt的演进

最后我想介绍一下Interrupt在最近几十年的演进。当Unix刚被开发出来的时候,Interrupt处理还是很快的。这使得硬件可以很简单,当外设有数据需要处理时,硬件可以中断CPU的执行,并让CPU处理硬件的数据。
而现在,中断相对处理器来说变慢了。从前面的介绍可以看出来这一点,需要很多步骤才能真正的处理中断数据。如果一个设备在高速的产生中断,处理器将会很难跟上。所以如果查看现在的设备,可以发现,现在的设备相比之前做了更多的工作。所以在产生中断之前,设备上会执行大量的操作,这样可以减轻CPU的处理负担。所以现在硬件变得更加复杂。
如果你有一个高性能的设备,例如你有一个千兆网卡,这个网卡收到了大量的小包,网卡每秒可以生成1.5Mpps,这意味着每一个微秒,CPU都需要处理一个中断,这就超过了CPU的处理能力。那么当网卡收到大量包,并且处理器不能处理这么多中断的时候该怎么办呢?
这里的解决方法就是使用polling。除了依赖Interrupt,CPU可以一直读取外设的控制寄存器,来检查是否有数据。对于UART来说,我们可以一直读取RHR寄存器,来检查是否有数据。现在,CPU不停的在轮询设备,直到设备有了数据。
这种方法浪费了CPU cycles,当我们在使用CPU不停的检查寄存器的内容时,我们并没有用CPU来运行任何程序。在我们之前的例子中,如果没有数据,内核会让Shell进程sleep,这样可以运行另一个进程。
所以,对于一个慢设备,你肯定不想一直轮询它来得到数据。我们想要在没有数据的时候切换出来运行一些其他程序。但是如果是一个快设备,那么Interrupt的overhead也会很高,那么我们在polling设备的时候,是经常能拿到数据的,这样可以节省进出中断的代价。
所以对于一个高性能的网卡,如果有大量的包要传入,那么应该用polling。对于一些精心设计的驱动,它们会在polling和Interrupt之间动态切换(注,也就是网卡的NAPI)。