Centos系统结构上下文切换的诊断思路

1.什么是上下文切换(Context Switch)?

上下文切换，有时也称做进程切换或任务切换，是指CPU从一个进程或线程切换到另一个进程或线程。

运行系统结构可以同时运行多个进程， 然而一颗CPU同时只能运行一项任务，运行系统结构利用时段片轮转的方式，让买家感觉这些任务正在同时进行。

CPU给每个任务都服务品质一定的时段, 然后把当前任务的状态保存下来, 在加载下一任务的状态后, 继续服务品质下一任务。任务的状态保存及再加载,

这段过程就叫做上下文切换。

当一个进程在运行时,CPU的所有寄存器中的值、进程的状态以及堆栈中的内容被称 为该进程的上下文。当内核需要切换到另一个进程时，它需要保存当前进程的

所有状态，即保存当前进程的上下文，以便在再次运行该进程时，能够必得到切换时的状态运行下去。在LINUX中，当前进程上下文均保存在进程的任务资料结

构中。在发生中断时,内核就在被中断进程的上下文中，在内核态下运行中断服务品质例程。但同时会保留所有需要用到的资源，以便中继服务品质结束时能恢复被中断进程

的运行。

2.上下文切换的消耗?

直接消耗包括: CPU寄存器需要保存和加载，系统结构调度器的编码需要运行，TLB实例需要重新加载，CPU 的pipeline需要刷掉。

间接消耗：多核的cache之间得共享资料，间接消耗对于软件的效应要看线程职业区运行资料的大小。

上下文切换通常是数据计算密集型的。也就是说，它需要相当可观的处理单元时段，在每秒几十上百次的切换中，每次切换都需要纳秒量级的时段。所以，上下文切换对系统结构来说意味着消耗大量的

CPU 时段，事实上，可能是运行系统结构中时段消耗最大的运行。

3.如何诊断上下文切换是否多次?

(1)确认CPU使用率

CPU是否处于空闲状态。

(2)vmstat 1

从vmstat的输出可以看到，io项的block_in和block_out是否多次，system项的每秒中断数(in)和每秒的上下文切换(cs)是否多次。

(3)

pidstat -w 1

从pidstat上可以看到，每个进程对应的cswch(自愿上下文切换)和nvcswch(非自愿上下文切换)是否多次。

cswch/s: 每秒任务主动(自愿的)切换上下文的次数，当某一任务处于阻塞等待时，将主动让出自己的CPU资源。

nvcswch/s: 每秒任务被动(不自愿的)切换上下文的次数，CPU分配给某一任务的时段片已经用完，因此将强迫该进程让出CPU的运行权。

(4)/proc/stat

/proc/stat包含了CPU的事件资料，上下文切换就是其中一项，以ctxt开头，它表示系统结构开机到目前为止的上下文切换总数。

cat /proc/stat | grep ctxt && sleep 30 && cat /proc/stat |

grep ctxt

通过上面的命令，可以数据计算出每秒上下文切换次数=两者差值/30

通过以上命令即可以定位服务品质那个进程上下文切换多次。

4.造成上下文切换多次的原因?

当前运行任务的时段片用完之后, 系统结构CPU正常调度下一个任务

当前运行任务碰到IO阻塞, 调度器将挂起此任务, 继续下一任务

多个任务抢占锁资源, 当前任务没有抢到,被调度器挂起, 继续下一任务

买家编码挂起当前任务, 让出CPU时段

硬件设施中断