刚开完会出来，问题少年小明又跑过来找我问问题了，我自然做好准备接受他的挑战啦。
小明：小堂，上次聊起了CPU相关知识，我很感兴趣，能不能再给我说说。比如经常说的CPU上下文切换？
我：行啊，那就继续讲讲CPU上下文切换。
上次聊到Linux是一个多任务操作系统，CPU会运行超过起本身数量的任务。在每个任务运行前，CPU 都需要知道任务从哪里加载、又从哪里开始运行，也就是说，需要系统事先帮它设置好CPU 寄存器和程序计数器（Program Counter，PC）。
它们都是CPU在运行任何任务前，必须的依赖环境，因此也被叫做CPU 上下文。
而CPU 上下文切换，就是先把前一个任务的 CPU 上下文（也就是 CPU 寄存器和程序计数器）保存起来，然后加载新任务的上下文到这些寄存器和程序计数器，最后再跳转到程序计数器所指的新位置，运行新任务。
你可以想象CPU是一个忙碌的快递小哥，他需要负责很多个地区派件工作，所以他需要在派件前准备清单和包裹等等东西，这就是称为CPU上下文；而他被派到另外一个区时，就要把未派完的件放回工作站，拿起另一个区的件去派了，则也称为CPU上下文切换。
小明：如果CPU是个人，那肯定难受死了，就算派件不多，但是不停了要换地区工作，这样来来回回跑，也扛不住啊。那什么时候才会上下文切换呢？
我：的确是啊，所以说CPU出现频繁上下文切换，就要注意可能有性能风险了，实际中，根据任务的不同，CPU 的上下文切换就可以分为几个不同的场景，也就是进程上下文切换、线程上下文切换以及中断上下文切换。
进程上下文切换，是指从一个进程切换到另一个进程运行，有一定的性能代价；
如果前后两个线程属于不同进程。此时，因为资源不共享，所以切换过程就跟进程上下文切换是一样。
如果前后两个线程属于同一个进程。此时，因为虚拟内存是共享的，所以在切换时，虚拟内存这些资源就保持不动，只需要切换线程的私有数据、寄存器等不共享的数据。
中断处理比进程拥有更高的优先级，会直接打断正常进程运行，如键盘输入，所以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。但切换次数过多也会耗费大量的 CPU，甚至严重降低系统的整体性能。
小明：原来CPU上下文切换也有这么多学问，那我应该怎么定位是不是上下文切换的问题呢？
我：那接下来我就说说怎么查询上下文的情况。
vmstat是一个比较常用的工具
# 每隔5秒输出1组数据
$ vmstat 5
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
0 0 0 7005360 91564 818900 0 0 0 0 25 33 0 0 100 0 0
cs（context switch）是每秒上下文切换的次数。
in（interrupt）则是每秒中断的次数。
如果发现上下文切换异常，可以使用pidstat进行跟踪;
# -w参数表示输出进程切换指标，而-u参数则表示输出CPU使用指标
$ pidstat -w -u 1
08:06:33 UID PID %usr %system %guest %wait %CPU CPU Command
08:06:34 0 10488 30.00 100.00 0.00 0.00 100.00 0 sysbench
08:06:34 0 26326 0.00 1.00 0.00 0.00 1.00 0 kworker/u4:2
08:06:33 UID PID cswch/s nvcswch/s Command
08:06:34 0 8 11.00 0.00 rcu_sched
08:06:34 0 16 1.00 0.00 ksoftirqd/1
08:06:34 0 471 1.00 0.00 hv_balloon
08:06:34 0 1230 1.00 0.00 iscsid
08:06:34 0 4089 1.00 0.00 kworker/1:5
08:06:34 0 4333 1.00 0.00 kworker/0:3
08:06:34 0 10499 1.00 224.00 pidstat
08:06:34 0 26326 236.00 0.00 kworker/u4:2
08:06:34 1000 26784 223.00 0.00 sshd
一个是 cswch ，表示每秒自愿上下文切换（voluntary context switches）的次数;
另一个则是 nvcswch ，表示每秒非自愿上下文切换（non voluntary context switches）的次数。
- 所谓自愿上下文切换，是指进程无法获取所需资源，导致的上下文切换。比如说， I/O、内存等系统资源不足时，就会发生自愿上下文切换。
- 而非自愿上下文切换，则是指进程由于时间片已到等原因，被系统强制调度，进而发生的上下文切换。比如说，大量进程都在争抢 CPU 时，就容易发生非自愿上下文切换。
小明：那应该怎么判断每秒上下文切换多少次才算正常呢？
我：一般来说，当上下文切换次数超过一万次，或者切换次数出现数量级的增长时，就很可能已经出现了性能问题。
性能评估在实际场景中往往会更为复杂，不是从一两个维度上去看就能解决，后续会把一些经验分享出来给大家。
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