怒啃 24 小时，终于搞懂上下文切换！
大家好 ，怒啃我是终于树哥
。 对于服务器系统来说
，搞懂上下文切换也是上下影响系统性能的一个重要因素 。深入理解上下文切换的文切原理，有利于我们做好性能优化工作
。怒啃今天我将带大家了解下上下文切换的终于几种情形，以及其背后发生切换的搞懂具体信息
，接着介绍一些监测上下文切换指标的上下工具 ，最后总结一些上下文切换异常可能得场景
。源码库文切 深入理解系统上下文切换 我们知道 Linux 是一个多任务操作系统 ，它能支持远大于 CPU 数量的终于任务同时运行 。但实际上同一时刻只会有 CPU 数量的搞懂进程在运行 ，等 CPU 时间片到了之后
，上下进程调度器就会把 CPU 资源分配给其他进程。文切 在这个过程中就会涉及到进程之间的切换，这时候就需要将当前进程的上下文信息保存下来 ，随后加载被调度进程的上下文信息 ，这就是建站模板上下文切换 。 这里所说的上下文信息
，既包括虚拟内存 、栈
、全局变量等用户态的资源，也包括内核堆栈 、寄存器等内核态的资源 。不同类型的上下文切换 ，会涉及到不同类型资源的切换 ，例如：同一进程不同线程的切换 ，香港云服务器只需要切换内核态的资源 ，而不需要切换用户态的资源
。 上下文还分为了三种类型，分别是 ： 进程上下文切换 进程上下文切换指的是不同进程之间发生切换
。一般来说 ，进程被调度有如下几个时机： 当发生如上几种情况的时候 ，就会发生进程调度 ，免费模板进而发生进程上下文切换
。 线程上下文切换 我们都知道进程是资源分配的基本单位
，线程是调度的基本单位 ，进程只是给线程提供了虚拟内存等资源
。而线程上下文切换 ，就可以分为两种情况 ： 所以你会发现同进程内的线程切换
，要比多进程间的切换消耗更少的资源
，这其实就是多线程比起多进程的一个优势 。 中断上下文切换 中断上下文切换指的是为了响应硬件的事件 ，中断处理会打断进程的正常调度和执行
，转而调用中断处理程序 ，响应设备事件 。而在打断其他进程时
，就需要将当前的状态保存下来。这样在中断结束后，进程仍然可以从原来的状态恢复运行 。 中断上下文切换，并不需要保存和恢复进程的虚拟内存等用户态资源
，只需要处理 CPU 寄存器 、内核堆栈等内核态的资源即可。 查看系统的上下文切换情况 ，有三个工具可以使用 ，分别是 ：vmstat 命令 、pidstat 命令 、/proc/interrupts 文件。 vmstat 命令 vmstat 是一个常用的系统性能分析工具，主要用来分析系统的内存使用情况 ，也常用来分析 CPU 上下文切换和中断的次数 。该命令的语法格式为： 其中常用的选项有 ： -a
：显示活动内页；-f
：显示启动后创建的进程总数；-m ：显示 slab 信息；-n ：头信息仅显示一次；-s
：以表格方式显示事件计数器和内存状态；-d：报告磁盘状态；-p：显示指定的硬盘分区状态；-S：输出信息的单位 。 我们执行 vmstat 5 命令后 ，会每隔 5 秒输出一次结果
，如下所示。 cs us sy id wa st 其中与上下文相关的 4 列内容如下： 可以看到上面输出中上下文切换次数 cs 是 32 次
，而系统中断次数 in 是 153 次 ，而就绪队列长度 r 和不可中断状态进程数 b 都是 0 。 pidstat 命令 vmstat 只给出了系统总体的上下文切换情况，要想查看每个进程的详细情况，就需要使用我们前面提到过的 pidstat 了 。给它加上 -w 选项，你就可以查看每个进程上下文切换的情况了 。 例如执行如下命令 ，我们可以得到每个进程的上下文切换情况了 。 秒输出一次结果 w 表示显示每个进程的上下文切换情况 s Command systemd rcu_sched vda3 journal sssd_be sssd_nss mm_percpu_wq mm_percpu_wq mm_percpu_wq 上述结果中的 cswch 与 nvcswch 是重点关注的对象 。cswch 表示每秒自愿上下文切换（voluntary context switches）的次数 ，nvcswch 表示每秒非自愿上下文切换（non voluntary context switches）的次数。 所谓自愿上下文切换
，是指进程无法获取所需资源 ，导致的上下文切换。比如说 ， I/O
、内存等系统资源不足时，就会发生自愿上下文切换 。 而非自愿上下文切换
，则是指进程由于时间片已到等原因 ，被系统强制调度
，进而发生的上下文切换
。比如说，大量进程都在争抢 CPU 时 ，就容易发生非自愿上下文切换 。 /proc/interrupts 文件 我们可以通过 vmstat 获取中断的次数，但是我们却无法获取中断类型。实际上我们可以通过 /proc/interrupts 文件获取中断的详细信息。/proc 实际上是 Linux 的一个虚拟文件系统 ，用于内核空间与用户空间之间的通信
。/proc/interrupts 就是这种通信机制的一部分
，提供了一个只读的中断使用情况 。 我们可以通过如下命令 ，动态观察中断的变化情况 ： d 参数表示高亮显示变化的区域 interrupts CPU0 CPU1 ... Rescheduling interrupts 通过这种方式 ，我们就可以知道具体是哪种中断类型出现异常 ，从而定位到具体的资源
。 今天我们深入了解了一下上下文切换这个指标
，但每秒上下文切换多少次才算正常呢？ 这个数值取决于系统本身的 CPU 性能。如果系统的上下文切换次数比较稳定，那么从数百到一万以内，都应该算是正常的 。但当上下文切换次数超过一万次 ，或者切换次数出现数量级的增长时 ，就很可能已经出现了性能问题
。 具体遇到问题的时候 ，需要根据变化的上下文切换类型 ，再做具体的分析。例如 ： 首先
，我们先介绍了上下文切换的概念 ，以及上下文切换可能会包含用户态资源和内核态资源
。 接着 ，我们介绍了三种上下文切换类型 ，即 ：进程上下文切换
、线程上下文切换、中断上下文切换 ，并分析其切换包括的资源类型 。 接着 ，我们介绍了 vmstat 命令
、pidstat 命令 、/proc/interrupts 三种分析工具
。其中 vmstat 命令用户查看系统整体上下文切换情况 ，pidstat 命令用户查看进程的上下文切换情况
，/proc/interrupts 文件用户查看中断类型及详细情况 。 最后 ，解释了合理的上下文切换次数应该是数百到一万每秒以内 。但具体的问题排查 ，还需要根据上下文切换类型去分析 。 参考资料 03 | 基础篇 ：经常说的 CPU 上下文切换是什么意思？（上） 04 | 基础篇 ：经常说的 CPU 上下文切换是什么意思
？（下） vmstat 命令 ，Linux vmstat 命令详解
：显示虚拟内存状态 - Linux 命令搜索引擎
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