什么是CPU上下文切换

问题：什么是CPU上下文切换

基础：什么是平均负载 中可以知道，多个进程竞争CPU也会导致平均负载升高。

有个问题是：进程在竞争CPU的时候并没有真正运行，为什么还会引起系统的负载升高呢？ ------ 罪魁祸首就是CPU上下文切换

• Linux是一个多任务操作系统，它支持远大于CPU数量的任务同时运行。当然，这些任务实际上并不是真的在同时运行，而是因为系统在很短的时间内，将CPU轮流分配给他们，造成多任务同时运行的错觉
• 而在每个任务运行前，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，需要系统事先先帮它设置好CPU寄存器和程序计数器（Program Counter，PC）
• CPU寄存器，是CPU内置的容量小，但速度极快的内存； 程序计数器，是用来存储CPU正在执行的指令位置、或者即将执行的下一条指令位置。他们都是CPU在运行任何任务前，必须依赖的环境。因此也被叫做CPU上下文。
• 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
• 而保存起来的上下文，会存储在系统内核中，并在任务重新调度执行时再次加载进来。这样就能保证任务原来的整体不受影响，让任务看起来还是继续运行

问题： CPU上下文切换无非就是更新了CPU寄存器的值，而这些寄存器，本身就是为了快速运行任务而设计的，为什么会影响系统的CPU性能呢？

在回答这个问题之前，我们必须知道，操作系统管理的这些“任务”是什么？

也许你会说，任务就是进程，或者说任务就是线程。是的，进程和线程正是最常见的任务。但是除此之外，还有没有其他的任务呢？

不要忘了，硬件通过触发信号，会导致中断处理程序的调用，这也是一种常见的任务。

所以，根据任务的不同，CPU的上下文切换可以分为几个不同的场景：

• 进程上下文切换
• 线程上下文切换
• 中断上下文切换

问题： 怎么理解这⼏个不同的上下⽂切换，以及它们为什么会引发 CPU 性能相关问题。

进程上下文切换

Linux按照特权等级，把进程的运行空间分为内核空间和用户空间，分表对应下图章，CPU特权等级Ring 0 和Ring 1

• 内核空间（Ring 0）具有最高权限，可以直接访问所有资源
• 用户空间（Ring 1）只能访问受限资源，不能直接访问内存等硬件设备，必须通过系统调用陷入到内核，才能访问这些特权资源

换个角度看，也就是说，进程既可以在用户空间运行，又可以在内核空间运行。进程在用户空间运行时，被称为进程的用户态，而在内核空间的时候，被称为进程的内核态。

从用户态到内核态的转变，需要通过系统调用来完成。比如，我们查看文件内容时，就需要多次系统调用来完成：首先调用open()打开文件、然后调用read()读取文件内容，并调用write将内容写道标准输出，最后调用close()关闭文件。

那么，系统调用的过程有没有发生CPU的上下文切换呢？肯定有。

• CPU寄存器里原来用户态的指令位置，需要先保存起来。接着，为了执行内核态代码，CPU寄存器需要更新为内核态指令的新位置。最后才是跳转到内核态运行内核任务
• 而系统调用结束后，CPU寄存器需要恢复原来保存的用户态，然后再切换到用户空间，继续运行进程。所以，一次系统调用的过程，其实是发生了两次CPU上下文切换

不过，需要注意的是，系统调用过程中，并不会涉及到虚拟内存等进程用户态的资源，也不会切换进程。这跟我们通常所说的进程上下文切换时不一样的：

• 进程上下文切换，是指从一个进程切换到另一个进程
• 而系统调用过程中一直是同一个进程在运行

所以，系统调用过程通常称为特权模式切换，而不是上下文切换。但实际上，系统调用过程中，CPU的上下文切换是无法避免的

那么，进程上下文切换和系统调用又有什么区别呢？

• 首先需要明确的是，进程是由内核来管理和调度的，进程的切换只发生在内核态。所以，进程的上下文切换不仅包含了虚拟内存、栈、全局变量等用户空间的资源，还包括了内核堆栈、寄存器等内核空间的整体。
• 因此，进程的上下文切换就比系统调用多了一步：在保存当前进程的内核状态和CPU寄存器之前，需要先把该进程的虚拟内存、栈等保存下来；而加载了下一进程的内核态后，还需要刷新进程的虚拟内存和用户栈

问题：进程上下文切换的代价？

如下图所示，保存上下文和恢复上下文的过程并不是“免费”的，需要内核在CPU上运行才能完成

• 每次上下文切换都需要几十纳秒到数微秒的CPU时间，这个时间是相当客观的，特别是在进程上下文切换次数较多的情况下，很容易导致CPU将大量时间耗费在寄存器、内核栈以及虚拟内存等资源的保存和恢复上，进而大大缩短了真正运行进程的时间。从而导致平均负载升高。

• 另外，Linux通过TLB(Translation Lookaside Buffer)来管理虚拟内存到物理内存的映射关系，当虚拟内存更新后，TLB也需要刷新，内存的访问也会随之变慢。特别是在多处理器系统上，缓存是被多个处理器共享的，刷新缓存不仅会影响当前处理器的进程，还会影响共享缓存的其他处理器的进程。

现在，我们已经知道了进程上下文切换的性能问题，那么，究竟什么时候会切换进程上下文呢？

• 显然，进程切换时才需要切换上下文，换句话说，只有在进程调度的时候，才需要切换上下文。
• Linux为每个CPU都维护了一个就绪队列，将活跃进程（即正在运行和正在等待CPU的进程）按照优先级和等待CPU的时间排序，然后选择最需要CPU的进程，也就是优先级最高和等待CPU时间最长的进程来运行。

问题：进程在什么时候才会调度到CPU上运行呢？

1. 当进程执行完终止了，它之前使用的CPU就会被释放出来，这个时候就再从就绪队列里，拿到一个新的场景过来运行
2. 为了包装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，切换到其他正在等待CPU的进程运行
3. 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
4. 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
5. 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。
6. 当发生硬件中断时，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。

除了第一个场景外，其他场景必须理解，因为一旦上下文切换出现问题，他们就是幕后凶手。

线程上下文切换

进程和线程最大的区别在于：线程是调度的基本单位，而进程则是资源拥有的基本单位。换句话说，所谓内核中的任务调度，实际上的调度对象是线程；而进程只是给线程提供了虚拟内存、全局变量等资源。所以，对于线程和进程，我们可以这么理解：

• 当进程只有一个线程时，可以认为进程就等于线程
• 当进程拥有多个线程时，这些线程会共享相同的虚拟内存和全局变量等资源。而这些资源在上下文切换时是不需要修改的
• 另外，线程也有自己的私有数据，比如栈和寄存器等，这些在上下文切换时也是需要保存的。

这样依赖，线程上下文切换就可以分为两种情况：

• 前后两个线程属于不同的进程。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的
• 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存不动，只需要切换线程的私有数据，寄存器等不共享的数据。

从上面可以推导出，虽然同为上下文切换，但同进程内的线程切换，要比多进程间的切换要消耗更少的资源。这也正是多线程代替多进程的一个优势

中断上下文切换

• 为了快速的响应硬件的事件，中断处理会打断进程的正常调度和执行，转而调度中断处理程序，响应设备事件。而在打断其他进程时，就需要将进程当前的状态保存下来。这样在中断结束后，进程仍然可以从原来的状态恢复运行。
• 跟进程的上下文不同，中断上下文切换并不涉及到进程的用户态。所以，即使中断过程打断了一个正处于用户态的进程，也不需要保存和恢复这个进程的虚拟内存、全局变量等用户态资源。中断上下文，其实只包括内核态中断服务程序执行所必须的状态，包括CPU寄存器、内核堆栈、硬件中断参数等
• 对同一个CPU来说，中断处理比进程拥有更高的优先级，所以中断上下文并不会与进程上下文切换同时发生。同样道理，由于中断会打断正常进程的调度和执行，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。
• 另外，跟进程上下文切换一样，中断上下文切换也需要消耗CPU，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。所以，当你发现中断次数过多时，就需要注意去排查它是否会给你的系统带来严重的性能问题1

小结

• CPU上下文切换，是保证Linux系统正常工作的核心功能之一，一般情况下我们不需要特别关注
• 但是过多的上下文切换，会把CPU时间消耗在寄存器、内核栈以及虚拟内存等数据的保存和恢复上，从而缩短进程真正运行的时间，导致系统的整体性能大幅下降

怎么分析CPU上下文切换的问题

查询系统上下文切换情况

wmstat

vmstat是一个常用的系统性能分析工具，主要用来分析系统的内存使用情况，以及CPU上下文切换和中断的次数

$ vmstat 5
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
 r  b  交换(swpd)  空闲(free)  缓冲(buff) 缓存(cache) si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 0  0    0         5594292    66628      1405860     0    0    21    16   51   58  7  1 91  0  0

上面结果中重点需要关注的是：

• r（running or runnable）：就绪队列的长度，也就是正在运行和等待CPU的进程数量
• b（blocked）：处于不可中断睡眠状态的进程数量
• in（interrupt）：每秒中断的次数
• cs（context switch）：每秒上下文切换的次数

从上面可以看到，每秒上下文切换次数是58、系统中断次数是51次，就绪队列长度c和不可中断状态进程数是b都是0

pidstat

vmstat只给出了系统总体上下文切换情况，要想查看每个进程的详细情况，就需要pidstat -w（w表示查询每个进程上下文切换的情况）。

$ pidstat -w 5
Linux 5.8.0-48-generic (oceanstar) 	2021年10月21日 	_x86_64_	(4 CPU)

21时43分51秒   UID       PID   cswch/s nvcswch/s  Command
21时43分56秒     0        11     13.97      0.00  rcu_sched
21时43分56秒     0        12      0.20      0.00  migration/0
21时43分56秒     0        17      0.20      0.00  migration/1
21时43分56秒     0        18      0.40      0.00  ksoftirqd/1
21时43分56秒     0        23      0.20      0.00  migration/2
21时43分56秒     0        29      0.20      0.00  migration/3
21时43分56秒     0       308      0.40      0.00  kworker/0:1H-kblockd
21时43分56秒     0       332      0.20      0.00  kworker/2:1H-kblockd
21时43分56秒     0       334      0.60      0.20  jbd2/sda5-8
21时43分56秒     0       400      3.99      0.00  irq/16-vmwgfx
21时43分56秒     0       679     11.58      0.00  vmtoolsd
21时43分56秒     0       699      0.20      0.00  acpid
21时43分56秒     0       734      0.20      0.00  systemd-logind
21时43分56秒  1000      2187     31.94      5.39  Xorg
21时43分56秒  1000      2318     22.95      2.20  gnome-shell

结果中重点需要关注的是：

• cswch/s：每秒自愿上下文切换(voluntary context switches)的次数
• nvcswch/s ：每秒非自愿上下文切换(non voluntary context switches)的次数

上面两个一定要记住，因为它们意味着不同的性能问题

• 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，IO、内存等系统资源不足时，就会发生自愿上下文切换
• 所谓非自愿上下文切换，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

案例分析

上面，我们知道了怎么查看相关指标以及需要关注哪些标志，那么，上下文切换频率是但是次才算正常呢？

准备

• 机器配置：2 CPU，8GB 内存
• 预先安装 sysbench 和 sysstat 包，如 apt install sysbench sysstat
  • sysbench是一个多线程的基准测试工具，一般用来评估不同系统参数下的数据库负载情况。
  • 本次案例中，我们只把它当成一个异常进程来看，用来模拟系统多线程切换(将导致上下文切换过多)的情况

• stress基于多进程的，会fork多个进程，导致进程上下⽂切换，导致us开销很⾼；
• sysbench基于多线程的，会创建多个线程，单⼀进程基于内核线程切换，导致sy的内核开销很⾼；

正式操作开始前，你需要打开三个终端，登录到同⼀台 Linux 机器中，并安装好上⾯提到的两个软件包

另外注意，下⾯所有命令，都默认以 root ⽤户运⾏

安装完成后，先⽤ vmstat 看⼀下空闲系统的上下⽂切换次数：

# 间隔1秒后输出1组数据
$ vmstat 1 1
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
 r  b   交换 空闲    缓冲 缓存       si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 0  0    0 5584232  69116 1411492    0    0    18    15   48   57  6  1 92  0  0

现在的上下⽂切换次数 cs 是57，⽽中断次数 in 是48，r和b都是0。因为这会⼉我并没有运⾏其他任务，所以它们就是空闲系统的上下⽂切换次数。

操作和分析

接下来，我们正式进⼊实战操作。

⾸先，在第⼀个终端⾥运⾏ sysbench ，模拟系统多线程调度的瓶颈

# 以40个线程运⾏5分钟的基准测试，模拟多线程切换的问题
sysbench --threads=40 --time=6000 threads run
sysbench 1.0.18 (using system LuaJIT 2.1.0-beta3)

Running the test with following options:
Number of threads: 40
Initializing random number generator from current time


Initializing worker threads...

Threads started!

接着，在第二个中断运行vmstat，观测上下文切换情况：

# 每隔1秒输出1组数据（需要Ctrl+C才结束）
$ vmstat 1
 r  b     交换 空闲   缓冲 缓存         si   so    bi    bo   in   cs    us sy id wa st
13  0      0 5579168  69344 1415876    0    0     0     0 70461 961025 12 75 13  0  0
18  0      0 5579168  69356 1415864    0    0     0    40 67345 912183 13 73 14  0  0
13  0      0 5579168  69356 1415876    0    0     0     0 68629 956481 14 72 14  0  0
12  0      0 5579168  69356 1415876    0    0     0     0 61895 950112 16 71 14  0  0

你应该可以发现，cs 列的上下⽂切换次数从之前的 35 骤然上升到了 95万。同时，注意观察其他⼏个指标：

• r 列：就绪队列的⻓度已经到了 11，远远超过了系统 CPU 的个数 4，所以肯定会有⼤量的 CPU 竞争。
• us（user）和 sy（system）列：这两列的CPU 使⽤率加起来上升到了 88%，其中系统 CPU 使⽤率，也就是 sy 列⾼达75%，说明 CPU 主要是被内核占⽤了。
• in 列：中断次数也上升到了7万左右，说明中断处理也是个潜在的问题。

综合这些指标，我们可以知道，系统的就绪队列过长，也就是正在运行和等待CPU的进程过多，导致了大量的上下文切换，而上下文切换又导致了系统CPU占用率升高

那么到底是什么进程导致了这些问题呢？

我们先用pidstat来看一下，CPU和进程上下文切换的情况：

# 每隔1秒输出1组数据（需要 Ctrl+C 才结束）
# -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
Linux 5.8.0-48-generic (oceanstar) 	2021年10月21日 	_x86_64_	(4 CPU)

22时26分17秒   UID       PID    %usr %system  %guest   %wait    %CPU   CPU  Command
22时26分18秒  1000      2187    0.00    0.98    0.00    0.00    0.98     3  Xorg
22时26分18秒  1000      2318    0.00    0.98    0.00    0.98    0.98     2  gnome-shell
22时26分18秒     0     12049   42.16  270.59    0.00    0.00  312.75     2  sysbench

平均时间:   UID       PID   cswch/s nvcswch/s  Command
平均时间:     0        10      2.65      0.00  ksoftirqd/0
平均时间:     0        11     23.51      0.00  rcu_sched
平均时间:  1000      2654      0.66      0.00  seahorse
平均时间:  1000      2659    366.56      0.99  gnome-terminal-
平均时间:  1000      2741      0.66      0.33  update-notifier
平均时间:  1000      3755      0.66      0.00  update-manager
平均时间:     0     10303      8.28      0.00  kworker/3:1-events
平均时间:     0     10477      1.99      0.00  kworker/u256:3-events_unbound
平均时间:     0     11943      3.97      0.00  kworker/0:2-mm_percpu_wq
平均时间:     0     11945      0.99      0.00  vmstat
平均时间:     0     11964      9.27      0.00  kworker/2:2-mm_percpu_wq
平均时间:     0     12041    385.76      0.00  kworker/u256:0-events_unbound
平均时间:     0     12047     13.91      0.00  kworker/1:1-events
平均时间:     0     12114      0.99    387.75  pidstat

从上面的输出可以发现：

• CPU使用率的升高果然是sysbench导致的，她的CPU使用率已经达到了100%。
• 但是上下文切换则来自其他进程，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 gnome-terminal-和内核线程kworker。

但是有个问题，上下文切换这些次数加起来也就是1千多，远远小于之前分析的95万，为什么呢？

我们需要知道的是，Linux调度的基本单位实现上是线程，而sysbench模拟的也是线程的调度问题，而pidstat默认显示的是进程的指标数据，加上-t参数之后，才会输出线程的指标，运行如下：

# pidstat -wt -u 1
Linux 5.8.0-48-generic (oceanstar) 	2021年10月21日 	_x86_64_	(4 CPU)

22时30分24秒   UID      TGID       TID    %usr %system  %guest   %wait    %CPU   CPU  Command
22时30分25秒  1000         -      2187    0.96    0.00    0.00    0.00    0.96     2  |__Xorg
22时30分25秒     0     12049         -   58.65  278.85    0.00    0.00  337.50     2  sysbench
22时30分25秒     0         -     12050    1.92    5.77    0.00   18.27    7.69     2  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12051    0.00    8.65    0.00   19.23    8.65     2  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12052    1.92    6.73    0.00   18.27    8.65     2  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12053    2.88    4.81    0.00   28.85    7.69     0  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12054    1.92    5.77    0.00   27.88    7.69     2  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12055    0.96    7.69    0.00   23.08    8.65     1  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12056    0.00    7.69    0.00   19.23    7.69     2  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12057    0.96    7.69    0.00   31.73    8.65     1  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12058    1.92    4.81    0.00   29.81    6.73     1  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12059    0.96    6.73    0.00   22.12    7.69     0  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12060    1.92    6.73    0.00   25.00    8.65     1  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12061    2.88    7.69    0.00   34.62   10.58     3  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12062    0.96    6.73    0.00   21.15    7.69     3  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12063    1.92    5.77    0.00   31.73    7.69     3  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12064    1.92    6.73    0.00   16.35    8.65     2  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12065    0.96    8.65    0.00   23.08    9.62     2  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12066    0.00    8.65    0.00   27.88    8.65     1  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12067    1.92    6.73    0.00   34.62    8.65     0  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12068    2.88    6.73    0.00   27.88    9.62     2  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12069    0.96    7.69    0.00   23.08    8.65     1  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12070    1.92    6.73    0.00   22.12    8.65     3  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12071    0.96    7.69    0.00   12.50    8.65     1  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12072    1.92    6.73    0.00   27.88    8.65     0  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12073    1.92    6.73    0.00   17.31    8.65     2  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12074    0.96    8.65    0.00   34.62    9.62     1  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12075    0.96    6.73    0.00   26.92    7.69     3  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12076    1.92    6.73    0.00   16.35    8.65     1  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12077    0.00    7.69    0.00   22.12    7.69     1  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12078    1.92    6.73    0.00   23.08    8.65     3  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12079    0.96    6.73    0.00   20.19    7.69     2  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12080    0.96    6.73    0.00   24.04    7.69     0  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12081    2.88    5.77    0.00   28.85    8.65     3  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12082    1.92    5.77    0.00   30.77    7.69     0  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12083    0.96    6.73    0.00   31.73    7.69     3  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12084    1.92    6.73    0.00   27.88    8.65     3  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12085    2.88    5.77    0.00   25.00    8.65     1  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12086    0.96    8.65    0.00   22.12    9.62     2  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12087    2.88    5.77    0.00   25.96    8.65     3  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12088    2.88    5.77    0.00   25.96    8.65     3  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12089    0.96    7.69    0.00   25.96    8.65     2  |__sysbench
22时30分25秒     0     12162         -    1.92    2.88    0.00    0.96    4.81     0  pidstat
22时30分25秒     0         -     12162    1.92    2.88    0.00    0.96    4.81     0  |__pidstat

22时30分24秒   UID      TGID       TID   cswch/s nvcswch/s  Command

22时30分25秒  1000         -      2744      0.96      0.00  |__gmain
22时30分25秒     0     10303         -      5.77      0.00  kworker/3:1-events
22时30分25秒     0         -     10303      5.77      0.00  |__kworker/3:1-events
22时30分25秒     0     11943         -      5.77      0.00  kworker/0:2-events
22时30分25秒     0         -     11943      5.77      0.00  |__kworker/0:2-events
22时30分25秒     0     11945         -      0.96      0.00  vmstat
22时30分25秒     0         -     11945      0.96      0.00  |__vmstat
22时30分25秒     0     11964         -     11.54      0.00  kworker/2:2-events
22时30分25秒     0         -     11964     11.54      0.00  |__kworker/2:2-events
22时30分25秒     0         -     12050   3851.92  19251.92  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12051   3800.96  23245.19  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12052   3473.08  21691.35  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12053   2740.38  19208.65  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12054   3015.38  19150.00  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12055   3754.81  18434.62  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12056   4518.27  19050.96  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12057   3524.04  17843.27  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12058   3419.23  17844.23  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12059   3238.46  20819.23  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12060   2993.27  26986.54  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12061   3264.42  16060.58  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12062   3480.77  21296.15  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12063   3105.77  17137.50  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12064   3561.54  24267.31  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12065   3934.62  23059.62  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12066   2906.73  18472.12  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12067   3871.15  18712.50  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12068   3697.12  22632.69  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12069   3588.46  18613.46  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12070   3032.69  23730.77  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12071   4052.88  17029.81  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12072   3630.77  18541.35  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12073   3313.46  24749.04  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12074   4114.42  19750.00  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12075   3150.00  23047.12  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12076   3208.65  24469.23  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12077   3891.35  18634.62  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12078   3295.19  19889.42  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12079   3751.92  19357.69  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12080   3446.15  22082.69  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12081   3068.27  25230.77  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12082   3436.54  25456.73  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12083   4111.54  19560.58  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12084   4232.69  18313.46  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12085   3288.46  18647.12  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12086   4622.12  21978.85  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12087   3573.08  22318.27  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12088   2675.00  23113.46  |__sysbench
22时30分25秒     0         -     12089   3476.92  23884.62  |__sysbench
22时30分25秒     0     12126         -      0.96      0.00  kworker/u256:1-events_unbound
22时30分25秒     0         -     12126      0.96      0.00  |__kworker/u256:1-events_unbound
22时30分25秒     0     12132         -     11.54      0.00  kworker/1:2-events
22时30分25秒     0         -     12132     11.54      0.00  |__kworker/1:2-events
22时30分25秒     0     12162         -      0.96     95.19  pidstat
22时30分25秒     0         -     12162      0.96     95.19  |__pidstat

现在从上面就可以看出，sysbench⼦线程的上下⽂切换次数却有很多。看来，上下⽂切换罪魁祸⾸，还是过多的 sysbench 线程。

问题：现在我们已经找出了上下文切换频率增高的根源，剩下的只需要关注一个异常指标了，那就是上升到7万的中断指标。我们需要找到为什么中断指标异常的根源

因为是中断，所以他只发生在内核态。那我们应该怎样才能知道中断发生的类型呢？

从/proc/interrutps这个只读文件中提取。/proc实际上是Linux的一个虚拟文件系统，用于内核空间和用户空间之间的通信。/proc/interrupt就是这个通信机制的一部分，提供了一个只读的中断使用情况。

# -d 参数表示⾼亮显示变化的区域
$ watch -d cat /proc/interrupts

（这个不知道怎么分析，暂时跳过）

问题：每秒上下文切换多少次才算是正常的呢？

这个数值其实取决于系统本身的CPU性能。如果系统的上下文切换次数比较稳定，那么从数百到一万一内，都应该是正常的。但当上下文切换次数超过1万次，或者切换次数出现数量级增加时，就很可能已经出现了性能问题。

这时，你需要根据上下文切换的类型，再做具体分析，比如：

• 自愿上下文切换变多了，说明进程都在等待资源，有可能已经发生了IO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