什么是CPU上下文切换?

现在linux是大多基于抢占式,CPU给每个任务一定的服务时间,当时间片轮转的时候,需要把当前状态保存下来,同时加载下一个任务,这个过程叫做上下文切换。时间片轮转的方式,使得多个任务利用一个CPU执行成为可能,但是保存现场和加载现场,也带来了性能消耗。  那线程上下文切换的次数和时间以及性能消耗如何看呢?

上下文切换的性能消耗在哪里呢?
context switch过高,会导致CPU像个搬运工,频繁在寄存器和运行队列直接奔波  ,更多的时间花在了线程切换,而不是真正工作的线程上。直接的消耗包括CPU寄存器需要保存和加载,系统调度器的代码需要执行。间接消耗在于多核cache之间的共享数据。

引起上下文切换的原因有哪些?
对于抢占式操作系统而言, 大体有几种:
1、当前任务的时间片用完之后,系统CPU正常调度下一个任务;
2、当前任务碰到IO阻塞,调度线程将挂起此任务,继续下一个任务;
3、多个任务抢占锁资源,当前任务没有抢到,被调度器挂起,继续下一个任务;
4、用户代码挂起当前任务,让出CPU时间;
5、硬件中断;

监测Linux的应用的时候,当CPU的利用率非常高,但是系统的性能却上不去的时候,不妨监控一下线程/进程的切换,看看是不是context switching导致的overhead过高。
常用命令: pidstat vmstat

参考:
1. latencytop深度了解你的Linux系统的延迟

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