CentOS系統 上下文切換的檢查思路

1.什麼是上下文切換（Context Switch）？

上下文切換，有時也稱做進程切換或工作切換，是指CPU從一個進程或執行緒切換到另一個進程或執行緒。

作業系統可以同時執行多個進程， 然而一顆CPU同時只能執行一項任務，作業系統利用時間片輪轉的方式，讓使用者感覺這些任務正在同時進行。 CPU給每個任務都服務一定的時間, 然後把當前任務的狀態儲存下來, 在載入下一任務的狀態後, 繼續服務下一任務。任務的狀態儲存及再載入, 這段過程就叫做上下文切換。

當一個進程在執行時,CPU的所有暫存器中的值、進程的狀態以及堆疊中的內容被稱 為該進程的上下文。當核心需要切換到另一個進程時，它需要儲存當前進程的 所有狀態，即儲存當前進程的上下文，以便在再次執行該進程時，能夠必得到切換時的狀態執行下去。在LINUX中，當前進程上下文均儲存在進程的任務資料結 構中。在發生中斷時,核心就在被中斷進程的上下文中，在核心態下執行中斷服務例程。但同時會保留所有需要用到的資源，以便中繼服務結束時能恢復被中斷進程 的執行。

2.上下文切換的消耗？

直接消耗包括: CPU暫存器需要儲存和載入，系統排程器的程式碼需要執行，TLB範例需要重新載入，CPU 的pipeline需要刷掉。

間接消耗：多核的cache之間得共用資料，間接消耗對於程式的影響要看執行緒工作區運算元據的大小。

上下文切換通常是計算密集型的。也就是說，它需要相當可觀的處理器時間，在每秒幾十上百次的切換中，每次切換都需要納秒量級的時間。所以，上下文切換對系統來說意味著消耗大量的 CPU 時間，事實上，可能是作業系統中時間消耗最大的操作。

3.如何檢查上下文切換是否頻繁？

（1）確認CPU使用率

CPU是否處於空閒狀態。

（2）vmstat 1

從vmstat的輸出可以看到，io項的block_in和block_out是否頻繁，system項的每秒中斷數（in）和每秒的上下文切換（cs）是否頻繁。

（3）pidstat -w 1

從pidstat上可以看到，每個進程對應的cswch（自願上下文切換）和nvcswch（非自願上下文切換）是否頻繁。

cswch/s: 每秒任務主動(自願的)切換上下文的次數，當某一任務處於阻塞等待時，將主動讓出自己的CPU資源。
nvcswch/s: 每秒任務被動(不自願的)切換上下文的次數，CPU分配給某一任務的時間片已經用完，因此將強迫該進程讓出CPU的執行權。

（4）/proc/stat

/proc/stat包含了CPU的活動資訊，上下文切換就是其中一項，以ctxt開頭，它表示系統開機到目前為止的上下文切換總數。

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

通過上面的命令，可以計算出每秒上下文切換次數=兩者差值/30

通過以上命令即可以定位那個進程上下文切換頻繁。

4.造成上下文切換頻繁的原因？

• 當前執行任務的時間片用完之後, 系統CPU正常排程下一個任務
• 當前執行任務碰到IO阻塞, 排程器將掛起此任務, 繼續下一任務
• 多個任務搶佔鎖資源, 當前任務沒有搶到,被排程器掛起, 繼續下一任務
• 使用者程式碼掛起當前任務, 讓出CPU時間
• 硬體中斷

本文永久更新連結地址：http://www.linuxidc.com/Linux/2017-08/146284.htm