cpu上下文切换

定义

三种上下文切换存在的场景：

线程上下文切换  （同一进程下的线程共享虚拟内存环境变量等，上下文切换不会涉及，消耗较小；多线程代替多进程优势）

进程上下文切换 （不同进程资源不共享，cpu对以下3种上下文均要进行保存和恢复）。

一个进程的上下文可以分为三个部分:用户级上下文、寄存器上下文以及系统级上下文。

用户级上下文: 正文、数据、用户堆栈以及共享存储区；
寄存器上下文: 通用寄存器、程序寄存器(IP)、处理器状态寄存器(EFLAGS)、栈指针(ESP)；
系统级上下文: 进程控制块task_struct、内存管理信息(mm_struct、vm_area_struct、pgd、pte)、内核栈。

何时触发进程调度？

一，为了保证所有进程可以得到公平调度，CPU 时间被划分为一段段的时间片，这些时间片再被轮流分配给各个进程。这样，当某个进程的时间片耗尽了，就会被系统挂起，切
换到其它正在等待 CPU 的进程运行。
二，进程在系统资源不足（比如内存不足）时，要等到资源满足后才可以运行，这个时候进程也会被挂起，并由系统调度其他进程运行。（高io）
三，当进程通过睡眠函数 sleep 这样的方法将自己主动挂起时，自然也会重新调度。
四，当有优先级更高的进程运行时，为了保证高优先级进程的运行，当前进程会被挂起，由高优先级进程来运行。
五，发生硬件中断时，CPU 上的进程会被中断挂起，转而执行内核中的中断服务程序。

中断上下文切换   

中断发生以后，CPU跳到内核设置好的中断处理代码中去，由这部分内核代码来处理中断。这个处理过程中的上下文就是中断上下文。

对同一个CPU来说，中断处理比进程拥有更高的优先级，所以中断上下文切换并不会与进程上下文切换同时发生。由于中断程序会打断正常进程的调度和运行，大部分中断处理程序都短小精悍，以便尽可能快的执行结束。

中断的发生会导致频繁的上下文切换，对性能影响严重。可能表现为sys cpu使用升高。

 

cpu上下文切换：保存上下文、恢复上下文。如：系统调用（模式切换，比进程上下文切换更简单），发生两次cpu上下文切换（第一次：通过系统调用--》用户态陷入内核。第二次：内核态执行完毕--〉恢复到用户态运行。）

由用户态--〉内核态，需要1、cpu寄存器保存当点用户态指令位置。2、cpu寄存器将位置信息更新为内核态地址）。

定位

查看系统的上下文切换情况

vmstat

      r 列：正在执行和等待CPU执行的任务个数，当这个数超过CPU逻辑核数，说明CPU负载比较大（不包括开启超线程）

　　cs：每秒上下文切换

　　in：上下文中断次数

　　us：CUP用户进程使用时间，以百分比显示

　　sy：CUP系统进程使用时间。以百分比显示

　　id：CUP的空闲时间，以百分比显示

　　cs，in：这个值越大，sy（内核CPU）消耗的时间就越长　　

　　注意：

　　　　CPU上下文切换，又分自愿和非自愿

pidstat

pidstat  -wt　　

　　cswch/s（自愿）：值进程无法获取所需资源导致的上下文切换，比如：I/O，内存等系统资源不足时，就会发生自愿上下文切换

　　nvcswch/s（非自愿）：值进程由于时间已到等原因，被系统强制调度而发生的上下文切换，比如，大量进程都在争夺CPU而发生非自愿上下文切换

 

自愿上下文切换变多了，说明进程都在等待资源，有可能发生了 I/O 等其他问题； 非自愿上下文切换变多了，说明进程都在被强制调度，也就是都在争抢 CPU，说明 CPU 的确成了瓶颈； 中断次数变多了，说明 CPU 被中断处理程序占用，还需要通过查看 /proc/interrupts 文件来分析具体的中断类型。