在本文中，我将进一步讨论如何分析CPU上下文切换问题。考察CPU上下文切换我们知道，过多的上下文切换会消耗CPU时间保存和恢复寄存器、程序计数器、内核堆栈和虚拟内存等数据，导致系统性能显着下降。既然上下文切换对系统性能的影响如此之大，那么我们如何检查呢？那么，您可以使用vmstat工具来查询系统的上下文切换。vmstatvmstat是一个常用的系统性能分析工具。主要用来分析内存使用情况，也常用于分析CPU上下文切换次数和中断次数。例如vmstat5（5秒输出间隔）：我们看一下输出：cs（contextswitch）：每秒的上下文切换次数。in(interrupt)：每秒的中断次数。r(running|runnable)：就绪队列的长度，即正在运行并等待CPU的进程数。b(blocked)：处于不可中断睡眠状态的进程数。在上面的例子中，我们可以看到上下文切换的次数是33次，系统中断的次数是25次，就绪队列的长度，未中断状态的进程数都是0。pidstatvmstat工具只给出了关于系统的整体上下文切换。要查看每个进程的详细信息，您需要使用pidstat。添加-w选项，您可以看到每个进程的上下文切换：例如：$pidstat-w5Linux4.15.0(ubuntu)09/23/18_x86_64_(2CPUs)08:18:26UIDPIDcswch/snvcswch/sCommand08:18:31010.200.00systemd08:18:31085.400.00rcu_sched...结果中有两列需要我们注意：cswch和nvcswch。其中，cswch表示每秒自愿上下文切换次数，nvcswch表示每秒非自愿上下文切换次数。自愿上下文切换：指进程无法获取所需资源而引起的上下文切换。例如，当I/O和内存等系统资源不足时，会发生自愿上下文切换。Involuntarycontextswitch：指进程因为时间片过期而被系统强制重新调度时发生的上下文切换。例如，当大量进程竞争CPU时，很容易发生非自愿的上下文切换。您必须牢记这两个概念，因为它们意味着不同的性能问题。案例研究现在您知道如何查看这些指标，另一个问题出现了，上下文切换的频率是多少？让我们看一个例子。我们将使用sysbench，一种多线程基准测试工具，通过生成负载来模拟过度上下文切换的问题。假定您已经在Linux系统上安装了sysbench和sysstat。在我们模拟负载之前，让我们在终端中运行vmstat：这里我们可以看到当前上下文切换次数cs为35，中断次数in为19，r和b均为0。由于我目前没有其他任务在运行，它们是空闲系统中的上下文切换次数。现在让我们运行sysbench来模拟多线程调度系统的瓶颈：$sysbench--threads=10--max-time=300threadsrun现在，你应该看到vmstat输出与上面不同的结果：应该找到cs的酒吧的上下文切换次数从35次增加到139万次。同时注意其他几个指标：r：就绪队列长度已经达到8us和sy：us和sy的CPU占用率一起为100%，系统CPU占用率为84%，说明即CPU主要被内核占用。in:中断数也上升到10000个，说明中断处理也是一个潜在的问题。结合这些指标，我们可以知道系统的就绪队列过长，即等待CPU的进程运行过多，导致大量的上下文切换，大量的上下文切换导致增加在系统的CPU使用率。那么是什么过程导致了这些问题呢？我们继续分析，在第三个终端使用pidstat查看CPU和进程上下文切换：$pidstat-w-u108:06:33UIDPID%usr%system%guest%wait%CPUCPUCommand08:06:3401048830.00100.000.000.000.00100.000SYSBENCH08：06：340263260.000.000.000.000.0001.000KWORKER/U4：208：06：06：33UIDPIDCSWCH/SNVCSWCH/SNVCSWCH/SNVCSWCH/S命令08：06：06：06：340811.00RCU_SCHADD：34：34：34：34：34：34：34：34：34：34：34：34：34：34：34：34161.000.00ksoftirqd/108:06:3404711.000.00hv_balloon08:06:34012301.000.00iscsid08:06:34040891.000.00kworker/1:50310.030.030.03kworker/0:03kworker/1.00224.00pidstat08:06:34026326236.000.00kworker/u4:208:06:34100026784223.000.00sshd从pidstat的输出可以发现CPU占用率的上升确实是sysbench引起的，它的CPU占用率已经达到100%但是上下文切换来自其他进程，包括非自愿上下文切换频率最高的pidstat，以及自愿上下文切换频率最高的内核线程kworker和sshd。注意：默认情况下，pidstat只显示进程的上下文切换，如果要查看实际线程的上下文切换，请添加-t选项。中断要找出中断数量也很高的原因，您可以检查/proc/interrupts文件。这个文件提供了一个只读的中断用法。$watch-dcat/proc/interruptsCPU0CPU1...RES:24504315279697Reschedulinginterrupts...观察一段时间后，可以发现变化最快的是重调度中断（RES，RESchedulinginterrupt）。这种中断类型表示一个空闲的CPU被唤醒来安排一个新的任务运行。所以这里的中断增加是因为任务调度问题太多了，这和前面分析上下文切换次数是一致的。现在回到最初的问题，每秒多少次上下文切换才算正常？这个值其实取决于系统本身的CPU性能。在我看来，如果系统的上下文切换次数比较稳定的话，几百到一万应该是正常的。但是，当上下文切换次数超过10000次，或者切换次数快速增加时，很可能会出现性能问题。结论至此，您应该可以根据上下文切换的类型进行一些具体的分析。主动上下文切换较多，说明进程正在等待资源，可能会出现I/O饱和等其他问题。有很多不自觉的上下文切换，说明进程在被强制调度，也就是都在争CPU，说明CPU确实造成了瓶颈。中断次数增多说明CPU被中断处理程序占用，需要通过查看/proc/interrupts文件分析具体的中断类型。
