最近，某团外卖被爆出大数据杀熟，所谓的大数据杀熟指的是平台利用户的数据，分析你是否是钱多的人，或者是否是不纠结价格的人，如果是，那么你买同样的物品会比普通用户贵一点，一般这种没有特地去对比价格是很难发现的，所以平台就利用了这点额外赚一些钱。说来很可笑，我们作为平台的资深用户，竟然被平台背后偷偷捞一笔。

不过，大数据杀熟早已是屡见不鲜的事情了，事实上，几乎所有大平台都存在这种现象，没办法，这就是真实的互联网。

刹车，大数据杀熟的话题就说到这了，我们还是回归到今日的技术主题：什么是软中断？。

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中断是什么？

先来看看什么是中断？在计算机中，中断是系统用来响应硬件设备请求的一种机制，操作系统收到硬件的中断请求，会打断正在执行的进程，然后调用内核中的中断处理程序来响应请求。

这样的解释可能过于学术了，容易云里雾里，我就举个生活中取外卖的例子。

小林中午搬完砖，肚子饿了，点了份白切鸡外卖，这次我带闪了，没有被某团大数据大熟。虽然平台上会显示配送进度，但是我也不能一直傻傻地盯着呀，时间很宝贵，当然得去干别的事情，等外卖到了配送员会通过「电话」通知我，电话响了，我就会停下手中地事情，去拿外卖。

这里的打电话，其实就是对应计算机里的中断，没接到电话的时候，我可以做其他的事情，只有接到了电话，也就是发生中断，我才会停下当前的事情，去进行另一个事情，也就是拿外卖。

从这个例子，我们可以知道，中断是一种异步的事件处理机制，可以提高系统的并发处理能力。

操作系统收到了中断请求，会打断其他进程的运行，所以中断请求的响应程序，也就是中断处理程序，要尽可能快的执行完，这样可以减少对正常进程运行调度地影响。

而且，中断处理程序在响应中断时，可能还会「临时关闭中断」，这意味着，如果当前中断处理程序没有执行完之前，系统中其他的中断请求都无法被响应，也就说中断有可能会丢失，所以中断处理程序要短且快。

还是回到外卖的例子，小林到了晚上又点起了外卖，这次为了犒劳自己，共点了两份外卖，一份小龙虾和一份奶茶，并且是由不同地配送员来配送，那么问题来了，当第一份外卖送到时，配送员给我打了长长的电话，说了一些杂七杂八的事情，比如给个好评等等，但如果这时另一位配送员也想给我打电话。

很明显，这时第二位配送员因为我在通话中（相当于关闭了中断响应），自然就无法打通我的电话，他可能尝试了几次后就走掉了（相当于丢失了一次中断）。

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什么是软中断？

前面我们也提到了，中断请求的处理程序应该要短且快，这样才能减少对正常进程运行调度地影响，而且中断处理程序可能会暂时关闭中断，这时如果中断处理程序执行时间过长，可能在还未执行完中断处理程序前，会丢失当前其他设备的中断请求。

那 Linux 系统为了解决中断处理程序执行过长和中断丢失的问题，将中断过程分成了两个阶段，分别是「上半部和下半部分」。

• 上半部用来快速处理中断，一般会暂时关闭中断请求，主要负责处理跟硬件紧密相关或者时间敏感的事情。

• 下半部用来延迟处理上半部未完成的工作，一般以「内核线程」的方式运行。

前面的外卖例子，由于第一个配送员长时间跟我通话，则导致第二位配送员无法拨通我的电话，其实当我接到第一位配送员的电话，可以告诉配送员说我现在下楼，剩下的事情，等我们见面再说（上半部），然后就可以挂断电话，到楼下后，在拿外卖，以及跟配送员说其他的事情（下半部）。

这样，第一位配送员就不会占用我手机太多时间，当第二位配送员正好过来时，会有很大几率拨通我的电话。

再举一个计算机中的例子，常见的网卡接收网络包的例子。

网卡收到网络包后，会通过硬件中断通知内核有新的数据到了，于是内核就会调用对应的中断处理程序来响应该事件，这个事件的处理也是会分成上半部和下半部。

上部分要做到快速处理，所以只要把网卡的数据读到内存中，然后更新一下硬件寄存器的状态，比如把状态更新为表示数据已经读到内存中的状态值。

接着，内核会触发一个软中断，把一些处理比较耗时且复杂的事情，交给「软中断处理程序」去做，也就是中断的下半部，其主要是需要从内存中找到网络数据，再按照网络协议栈，对网络数据进行逐层解析和处理，最后把数据送给应用程序。

所以，中断处理程序的上部分和下半部可以理解为：

• 上半部直接处理硬件请求，也就是硬中断，主要是负责耗时短的工作，特点是快速执行；

• 下半部是由内核触发，也就说软中断，主要是负责上半部未完成的工作，通常都是耗时比较长的事情，特点是延迟执行；

还有一个区别，硬中断（上半部）是会打断 CPU 正在执行的任务，然后立即执行中断处理程序，而软中断（下半部）是以内核线程的方式执行，并且每一个 CPU 都对应一个软中断内核线程，名字通常为「ksoftirqd/CPU 编号」，比如 0 号 CPU 对应的软中断内核线程的名字是 ksoftirqd/0

不过，软中断不只是包括硬件设备中断处理程序的下半部，一些内核自定义事件也属于软中断，比如内核调度等、RCU 锁（内核里常用的一种锁）等。

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系统里有哪些软中断？

在 Linux 系统里，我们可以通过查看 /proc/softirqs 的 内容来知晓「软中断」的运行情况，以及 /proc/interrupts 的 内容来知晓「硬中断」的运行情况。

接下来，就来简单的解析下  /proc/softirqs 文件的内容，在我服务器上查看到的文件内容如下：

你可以看到，每一个 CPU 都有自己对应的不同类型软中断的累计运行次数，有 3 点需要注意下。

第一点，要注意第一列的内容，它是代表着软中断的类型，在我的系统里，软中断包括了 10 个类型，分别对应不同的工作类型，比如 NET_RX 表示网络接收中断，NET_TX 表示网络发送中断、TIMER 表示定时中断、RCU 表示 RCU 锁中断、SCHED 表示内核调度中断。

第二点，要注意同一种类型的软中断在不同 CPU 的分布情况，正常情况下，同一种中断在不同 CPU 上的累计次数相差不多，比如我的系统里，NET_RX 在 CPU0 、CPU1、CPU2、CPU3 上的中断次数基本是同一个数量级，相差不多。

第三点，这些数值是系统运行以来的累计中断次数，数值的大小没什么参考意义，但是系统的中断次数的变化速率才是我们要关注的，我们可以使用 watch -d cat /proc/softirqs 命令查看中断次数的变化速率。

前面提到过，软中断是以内核线程的方式执行的，我们可以用 ps 命令可以查看到，下面这个就是在我的服务器上查到软中断内核线程的结果：

可以发现，内核线程的名字外面都有有中括号，这说明 ps 无法获取它们的命令行参数，所以一般来说，名字在中括号里到，都可以认为是内核线程。

而且，你可以看到有 4 个 ksoftirqd 内核线程，这是因为我这台服务器的 CPU 是 4 核心的，每个 CPU 核心都对应着一个内核线程。

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如何定位软中断 CPU 使用率过高的问题？

要想知道当前的系统的软中断情况，我们可以使用 top 命令查看，下面是一台服务器上的 top 的数据：

上图中的黄色部分 si，就是 CPU 在软中断上的使用率，而且可以发现，每个 CPU 使用率都不高，两个 CPU 的使用率虽然只有 3% 和 4% 左右，但是都是用在软中断上了。

另外，也可以看到 CPU 使用率最高的进程也是软中断 ksoftirqd，因此可以认为此时系统的开销主要来源于软中断。

如果要知道是哪种软中断类型导致的，我们可以使用 watch -d cat /proc/softirqs 命令查看每个软中断类型的中断次数的变化速率。

一般对于网络 I/O 比较高的 Web 服务器，NET_RX 网络接收中断的变化速率相比其他中断类型快很多。

如果发现 NET_RX 网络接收中断次数的变化速率过快，接下里就可以使用 sar -n DEV 查看网卡的网络包接收速率情况，然后分析是哪个网卡有大量的网络包进来。

接着，在通过 tcpdump 抓包，分析这些包的来源，如果是非法的地址，可以考虑加防火墙，如果是正常流量，则要考虑硬件升级等。

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总结

为了避免由于中断处理程序执行时间过长，而影响正常进程的调度，Linux 将中断处理程序分为上半部和下半部：

• 上半部，对应硬中断，由硬件触发中断，用来快速处理中断；

• 下半部，对应软中断，由内核触发中断，用来异步处理上半部未完成的工作；

Linux 中的软中断包括网络收发、定时、调度、RCU 锁等各种类型，可以通过查看 /proc/softirqs 来观察软中断的累计中断次数情况，如果要实时查看中断次数的变化率，可以使用 watch -d cat /proc/softirqs 命令。

每一个 CPU 都有各自的软中断内核线程，我们还可以用 ps 命令来查看内核线程，一般名字在中括号里面到，都认为是内核线程。

如果在 top 命令发现，CPU 在软中断上的使用率比较高，而且 CPU 使用率最高的进程也是软中断 ksoftirqd 的时候，这种一般可以认为系统的开销被软中断占据了。

这时我们就可以分析是哪种软中断类型导致的，一般来说都是因为网络接收软中断导致的，如果是的话，可以用 sar 命令查看是哪个网卡的有大量的网络包接收，再用 tcpdump 抓网络包，做进一步分析该网络包的源头是不是非法地址，如果是就需要考虑防火墙增加规则，如果不是，则考虑硬件升级等。

1.前言

记录对51单片机中断、定时/计数器的重要知识点以及难点理解，并且举例中断在实际编程中的应用，从而加深对单片机中断、定时/计数器的理解，熟练的使用中断。

2.什么是中断

中断就是计算机在执行某一程序的过程中，由计算机系统内部或外部的某种原因而必须终止当前程序的运行，先去执行相应的处理程序，然后再返回继续执行原程序。

3.什么是中断系统

实现中断功能的软、硬件系统统称为中断系统。

4.中断的流程

即：中断请求、中断响应、中断处理、中断返回

5.中断的优先级控制

通常情况下，一个程序中可能会有多个中断，优先级越高的中断优先执行。如果在一个中断的服务过程中，有一个优先级更高的中断插入，则当前中断暂停，前往执行优先级更高的中断。当优先级高的中断执行完毕后再返回继续执行低优先级的中断。

6.中断源

MCS-51共有五个中断源

1. 外部中断INT0、INT1
2. 定时/计数器T0和T1的溢出中断
3. 串行口的发送和接受中断(只占用一个中断源)

中断源	功能
INT0	外部中断0请求，由INT0引脚(P3.2)输入。低电平/负跳变有效，中断请求标志为IE0
INT1	外部中断1请求，由INT1引脚(P3.3)输入。低电平/负跳变有效，中断请求标志为IE1
T0	定时/计数器0溢出中断请求，中断标志位为TF0
T1	定时/计数器1溢出中断请求，中断标志位为TF1
RXD/TXD	串行口中断请求，中断请求标志位TI或RI

外部中断

从单片机外部引脚INT0和INT1输入中断请求信号的中断。
外部中断的触发方式有两种电平触发IT0 =0和跳变触发(边沿)IT0 = 1，可以通过定时/计数器控制寄存器TCON编程选择。

7.与中断有关的特殊功能寄存器

与中断有关的特殊功能寄存器一共有4个。

1. 定时/计数器控制寄存器(TCON)、
2. 串行口控制寄存器(SCON)、
3. 中断允许控制寄存器(IE)、
4. 中断优先级控制寄存器(IP)

7.1.定时/计数器控制寄存器 TCON

作用：

1. 控制定时/计数器T0和T1的溢出中断
2. 控制外部中断的触发方式.由IT0和IT1控制
3. 锁存外部中断请求标志位

位地址	位定义	功能
88H	IT0	选择外部中断0的中断触发方式。由软件控制。IT0=0为电平触发方式。IT0=1为下降沿触发方式
89H	IE0	选择外部中断1的中断触发方式。功能与IT0相似
8AH

7.2.串行口控制寄存器 SCON

串行口的接收发送数据中断请求标志位(RI和TI)

位定义	功能
TI	串行口发送中断请求标志位。CPU每发送一帧数据，硬件置位1(TI=1)，但是中断被响应时，需要在中断服务程序中通过软件对TI清零
RI	串行口接受中断请求标志位。每接收一帧数据，硬件置位1(TI=1)，但是中断被响应时，一样需要在中断服务程序中通过软件对TI清零

串行口中断不能由硬件自动清除中断请求标志位，需要用户通过软件进行控制清零。

7.3.中断允许控制寄存器 IE

IE是控制中断的开关，通过对IE的清0和置1操作来控制中断的屏蔽和开放。

中断允许控制寄存器IE对中断的开放与屏蔽实现两级控制，存在一个总的中断控制位EA

位定义	功能
EA	总中断允许控制位。当EA=0时，不允许任何中断请求。
ES	串行口中断控制位。当ES=0时，不允许串行口中断；当EA=1且ES=1时，允许串行口中断。
ET1	定时/计数器1中断允许控制位。当ET1=0时，屏蔽T1的溢出中断；当EA=1且ET1=1时，允许T1溢出中断
ET0	定时/计数器0中断允许控制位。功能与ET1相同。
EX1	外部中断1的中断允许控制位。当EX1=0时，屏蔽外部中断1的中断请求；当EA=1且EX1=1时，允许外部中断1的中断请求
EX0	外部中断0的中断允许控制位。功能与EX1相同

若某个中断源被允许，出来IE对应位置1外，还需要总中断控制位EA置1。

实例：若允许片内两个定时/计数器中断，禁止其他中断源的中断请求，尝试编写出设置IE的响应指令

#include <reg51.h>

EX0 = 0; // 禁止外部中断0
EX1 = 0; // 禁止外部中断1
ES = 0;  // 禁止串行口中断
ET0 = 1; // 允许定时/计数器0中断
ET1 = 1; // 允许定时/计数器1中断
EA = 1;  // 总中断控制器打开

7.4.中断优先级控制寄存器 IP

位定义	功能
PS	串行口中断优先级控制位。PS=1，串行口中断为高优先级；PS=0，为低优先级。
PT1	定时/计数器1中断优先级控制位。当PT1=0时，T1溢出中断为低优先级；当PT1=1时，T1溢出中断为高优先级。
PT0	定时/计数器0中断优先级控制位。当PT0=0时，T0溢出中断为低优先级；当PT0=1时，T0溢出中断为高优先级。
PX1	外部中断1的中断优先级控制位。当PX1=0时，外部中断1为低优先级；当PX1=1时，外部中断1为高优先级。
PX0	外部中断0的中断优先级控制位。当PX0=0时，外部中断0为低优先级；当PX0=1时，外部中断0为高优先级。

同级内第二优先级的次序：
外部中断0 > T0溢出中断 > 外部中断1 > T1溢出中断 > 串行口中断

8.中断系统在实际编程中的应用

8.1.实例一：中断的初始化

#include <reg51.h>

void init() // 中断的初始化函数
{
    EA = 1; // 总中断控制位
    ES = 1; // 串行口中断允许
    EX0 = 1; // 外部中断0允许
    EX1 = 1; // 外部中断1允许
    ET0 = 1; // 定时/计数器0中断允许
    ET1 = 1; // 定时/计数器1中断允许
    IT0 = 1; // 选择外部中断0的触发方式
    IT1 = 1; // 选择外部中断1的触发方式
}

例1：假设允许外部中断0和1中断，并设定外部中断0为高级中断，外部中断1为低级中断，外部中断0为下降沿触发方式，外部中断1为电平触发方式。试写出该程序的中断初始化程序。

#include <reg51.h>

void init() // 
{
    EA = 1; 打开中断控制
    EX0 = 1; 允许外部中断0
    EX1 = 1; 允许外部中断1
    IT0 = 1; 外部中断1采取边沿触发方式
    IT1 = 0; 外部中断0采取电平触发方式
    PX0 = 1; 外部中断0为高优先级
    PX1 = 0; 外部中断1为低优先级
}

8.2.实例二：利用中断控制LED闪烁形式

要求：

用80C51单片机控制8个LED灯，在外部中断0输入引脚(P3.2)接一个开关K1。要求将外部中断0设置为下降沿触发，程序启动是8个LED以跑马灯的形式交替闪烁。每按一次开关K1，使引脚接地，产生一个下降沿触发的外部中断请求。在中断服务程序中，8个LED高四位和低四位交替闪烁5次，然后中断返回，8个LED继续以跑马灯形式闪烁。

采用Protues+Keil仿真

元器件

• 单片机：80C51 *1
• 开关按钮：Button *1
• 电阻：MINRES470K *1
• LED：LED-BLUE *8

仿真图

代码

#include<reg52.h>

unsigned char code table[] = {0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f,0x00,0xff};	// 控制P2端口的状态

unsigned char i,j,k,num;

void delay()			 // 延时函数
{
	for(i = 0;i<100;i++)
	{
		for(j=0;j<200;j++)
		;
	}
}

void init()		   // 中断的初始化
{
	EA = 1;	   // 打开总中断控制
	EX0 = 1;   // 允许外部中断0
	IT0 = 1;   // 外部中断为下降沿触发方式
}


void main()	   
{
	init();
	while(1)
	{
		for(num =0;num<10;num++)
		{
			P2 = table[num];
			delay();
		}
	}
}

void int0() interrupt 0			   // 中断服务程序
{
	for(k = 0;k<5;k++){
		P2 = 0xf0;
		delay();
		P2=0x0f;
		delay();
	}
}

8.3.实例三：多级中断控制LED不形式闪烁

要求：在例2的基础上，在外部中断1输入引脚(P3.3)接一只按钮开关K2。当按下K1时，外部中断0下降沿触发方式触发，进入外部中断0服务程序，上下4个灯交替闪烁；此时按下K2，外部中断1下降沿触发方式触发，进入外部中断1服务程序，8个灯交替闪烁。当外部中断1响应完毕后，返回继续响应外部中断0，直到外部中断0响应完毕，返回执行主程序。
首先我们分析一波中断初始化函数

1. 两个外部中断0和1。外部中断0的服务程序为上下4灯交替闪烁，外部中断1的服务程序为8灯闪烁。即EA = 1; EX0 = 1; EX1 = 1;

2. 优先级：外部中断1 > 外部中断0 即PX1 = 1; PX0 = 0;

3. 触发方式：都为下降沿触发。即IT0 = 1; IT1 = 1;

这样我们的中断初始化程序基本完成

void init()
{
    EA = 1;
    EX0 = 1; EX1 = 1;
    PX0 = 0; PX1 = 1;
    IT0 = 1; IT1 = 1;
}

其次我们再捯饬一下主程序

void main()	   
{
	init();
	while(1)
	{
		for(num =0;num<10;num++)
		{
			P2 = table[num];
			delay();
		}
	}
}

另外我们再搞一下外部中断0的服务程序

void int0() interrupt 0
{
	for(k = 0;k<5;k++)
    {
		P2 = 0xf0;
		delay();
		P2=0x0f;
		delay();
	}
}

最后我们再他喵的弄一下外部中断1的服务程序

void int1() interrupt 2			  // 外部中断1服务程序
{
	for(l = 0;l < 5; l++)
	{
		P2 = 0x00;
		delay();
		P2 = 0xff;
		delay();
	}
}

完整代码

#include<reg52.h>

unsigned char code table[] = {0xfe, 0xfd, 0xfb, 0xf7, 0xef, 0xdf, 0xbf, 0x7f, 0x00, 0xff};	// 控制P2端口的状态

unsigned char i, j, k, l, num;

void delay()			 // 延时函数
{
	for(i = 0; i < 200; i++)
	{
		for(j = 0; j < 200; j++)
		;
	}
}

void init()		   // 中断的初始化
{
	EA = 1;
    EX0 = 1; EX1 = 1;
    PX0 = 0; PX1 = 1;
    IT0 = 1; IT1 = 1;
}

void main()	   
{
	init();
	while(1)
	{
		for(num = 0; num < 10; num++)
		{
			P2 = table[num];
			delay();
		}
	}
}

void int0() interrupt 0			   // 外部中断0中断服务程序
{
	EX0 = 0;
	for(k = 0; k < 5; k++)
	{
		P2 = 0xf0;
		delay();
		P2 = 0x0f;
		delay();
		EX0 = 1;
	}
}

void int1() interrupt 2			  // 外部中断1服务程序
{
	for(l = 0;l < 5; l++)
	{
		P2 = 0x00;
		delay();
		P2 = 0xff;
		delay();
	}
}

仿真图

文章来源：中断系统

51单片机各个引脚功能

IO口引脚：

中断系统的主要功能：处理随机突发事件

中断系统结构：

什么是中断系统：

数据的输入/输出传送方式：

中断传送方式特点：

51系统允许的5个中断源：

51单片机中断系统内部结构图：

允许中断：

配置中断方式：

编写中断处理函数：

5个中断源的中断入口及中断级别：

中断使用步骤：

代码实现由外部中断控制P1口的电平高低：

#include<reg52.h>
#include<intrins.h>

#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char

sbit key_s2 =P3^0;//独立按键s2
sbit flag =P3^7;//外部中断信号产生脚

void delay(void)   //误差 -0.000000000001us
{
    unsigned char a,b;
    for(b=15;b>0;b--)
        for(a=152;a>0;a--);
} 
//外部中断1初始化 
void init1()
{
  EA=1;//开总中断
  EX1=1;//开外部中断1
  IT1=1;//设置触发方式（下降沿触发）
}
//中断处理函数，当P3^3由高到低时就会产生一个下降沿，进入到该函数
void delinit1() interrupt 2
{
   P1 = ~P1;//中断产生一次灯的状态就会改变一次
}

void main()
{
	init1();
	while(1){
	if(key_s2==0)
		{
			delay();//按键消抖
			if(key_s2==0)
			{
					flag=1;
					flag=0;//产生下降沿 
					while(!key_s2);//松手检测
			}
		}
	}
}