Linux 性能优化（三）

原创

rupertzhang

修改于 2020-03-02 07:11:54

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什么是上下文切换

根据任务的不同 CPU上下文切换可以分为进程上下文切换线程上下文切换和中断上下文切换

CPU上下文切换是保证Linux系统正常工作的核心功能之一，Linux多任务操作系统主要原因之一就是因为将CPU执行时间划分为时间片，轮流将这些时间片分配给多个任务执行，造成多个任务同时执行的效果。
频繁的上下文切换会把时间用在寄存器／内核栈／以及虚拟内存等数据的保存和恢复上，从而缩短进程真正执行的时间，导致系统的整体性能下降
系统调用完成的是用户到内核态的转变，系统调用需要将用户态的指令位置先保存起来，然后将CPU寄存器更新为内核态指令的新位置，然后开始执行内核态代码，而调用结束后，需要恢复用户态指令的位置继续执行。所以一次系统调用发生了两次CPU上下文切换

# man pidstat
-w     Report  task  switching activity (kernels 2.6.23 and later only).  The following
              values may be displayed:

CPU 上下文切换又分为：

自愿上下文切换，是指进程无法获取所需要资源时，导致的上下文切换
非自愿上下文切换，是指进程由于时间片已到，被迫发生的切换

测试工具 Sysbench

# yum install sysbench

https://www.jianshu.com/p/7a80898c6866

系统在空闲状态下信息

# vmstat 1 1
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 1  0      0 2213652 218252 1250912    0    0     1    10   23   42  1  1 98  0  0

上下文切换和中断分别为23 10

r(running) 0 b(block) 0

模拟多线程切换

#sysbench --threads=10 --max-time=300 threads run

#watch cat /proc/interrupts                                         

  RTR:          0          0   APIC ICR read retries
RES:    3604171    3787902   Rescheduling interrupts
CAL:        279        363   Function call interrupts

APIC表示高级可编程中断控制器（Advanced Programmable Interrupt Controlle），APIC是SMP体系的核心，通过APIC可将中断分发到不同的CPU处理

# pidstat -wt 1
10:17:40 AM     0         -      7815  45551.00 233127.00  |__sysbench
10:17:40 AM     0         -      7816  46589.00 212956.00  |__sysbench
10:17:40 AM     0         -      7817  44445.00 209561.00  |__sysbench
10:17:40 AM     0         -      7818  56768.00 198699.00  |__sysbench
10:17:40 AM     0         -      7819  43265.00 207024.00  |__sysbench
10:17:40 AM     0         -      7820  46311.00 226274.00  |__sysbench

# vmstat 1
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 8  0      0 2203604 218300 1251784    0    0     1    10   24    3  1  1 98  0  0
 8  0      0 2203644 218300 1251784    0    0     0    68 3196 2522357  8 92  0  0  0
 6  0      0 2202120 218300 1251844    0    0     0    16 3265 2463744  8 92  0  0  0
 7  0      0 2202812 218300 1251912    0    0     0    56 3103 2515468  7 92  1  0  0
10  0      0 2202900 218300 1251832    0    0     0     0 2894 2488509  8 92  0  0  0
 6  0      0 2202036 218300 1251832    0    0     0     0 3337 2510344  8 91  0  0  0
 7  0      0 2201488 218300 1251840    0    0     0     0 2976 2520970  8 92  1  0  0
 8  0      0 2203256 218300 1251792    0    0     0    92 4409 2508097  8 92  0  0  0
 7  0      0 2203216 218300 1251796    0    0     0    92 2440 2521490  8 92  0  0  0
 5  0      0 2203256 218300 1251804    0    0     0     0 3213 2526508  7 92  0  0  0

可以看到CPU中断次数在不断增加

参考链接http://itoperationswiki.blogspot.com/2013/12/protection-rings-and-types-of.html

https://blog.tsunanet.net/2010/11/how-long-does-it-take-to-make-context.html

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