【转】CPU上下文切换的次数和时间（context switch）

http://iamzhongyong.iteye.com/blog/1895728

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？

如何获得上下文切换的次数？

vmstat直接运行即可，在最后几列，有CPU的context switch次数。 这个是系统层面的，加入想看特定进程的情况，可以使用pidstat。

Linux中可以通过工具vmstat, dstat, pidstat来观察CS的切换情况。vmstat, dstat只能观察整个系统的切换情况，而pidstat可以更精确地观察某个进程的上下文切换情况。

cs

执行pidstat，将输出系统启动后所有活动进程的cpu统计信息：

备注:执行pidstat默认输出信息为系统启动后到执行时间点的统计信息，因而即使当前某进程的cpu占用率很高，输出中的值有可能仍为0

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。

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    ​    ​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；

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    ​    ​如何测试上下文切换的时间消耗？

LMbench，知道这个工具，是在霸爷的博客上面（http://blog.yufeng.info/archives/753），然后就开始在测试环境下搞了一把，一会就出结果了。然后就搞了台线上机器安装这个工具，然后测试，后面在测试Memory的时候，直接导致Load飙升，还好没人发现，机器java进程重启就好了。这方面纯粹是业务选手。霸爷说分析的结果对于高性能C的开发同学来说，是需要熟记的，没办法，咱是搞java的，只能每个指标逐个看一下了。

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    ​    ​LMbench的简单介绍？

​    首先看英文介绍：LMbench -Tools for Performance Analysis，微观性能分析工具。

​   官方地址：http://www.bitmover.com/lmbench/

​下载地址：http://www.bitmover.com/lmbench/lmbench3.tar.gz

        

    ​    ​LMbench​主要能干啥？

​主要是带宽（读取缓存文件、内存拷贝、读写内存、管道等）和反应时间（上下文切换、网路、进程创建等）的评测工具。

 LMbench关于结果解释（这次主要关注线程切换信息）

在网上找了半天，信息很少，只能看doc下面的英文解释了。

测试上下文切换的时间，一个上下文切换，包括保存一个进程状态的保存和恢复另外一个进程的时间。

典型的上下文切换性能，仅仅是测量最小的线程切换时间。仅仅是做进程切换，任何实质的任务都不做。

首先是看任务处理的时间（通过一次任务处理，这个任务处理的时间被定义为token时间，不包括线程切换的）。

    然后多次执行，排除任务执行的时间，然后计算出CS的时间（如果有cache miss，则CS的时间也包括cache misses的时间）。

文章参考：

霸爷和周忱的博客

http://www.bitmover.com/lmbench/

https://www.usenix.org/legacy/publications/library/proceedings/sd96/full_papers/mcvoy.pdf

http://blog.csdn.net/taozi343805436/article/details/7876087

http://blog.yufeng.info/archives/753

http://rdc.taobao.com/team/jm/archives/1706