04 | 基础篇：经常说的 CPU 上下文切换是什么意思？（下）

2018-11-28 倪朋飞
《Linux 性能优化实战》
课程介绍
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讲述：冯永吉

时长:大小5.47M

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你好，我是倪朋飞。
上一节，我给你讲了 CPU 上下文切换的工作原理。简单回顾一下，CPU 上下文切换是保证 Linux 系统正常工作的一个核心功能，按照不同场景，可以分为进程上下文切换、线程上下文切换和中断上下文切换。具体的概念和区别，你也要在脑海中过一遍，忘了的话及时查看上一篇。
今天我们就接着来看，究竟怎么分析 CPU 上下文切换的问题。

怎么查看系统的上下文切换情况

通过前面学习我们知道，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，缩短进程真正运行的时间，成了系统性能大幅下降的一个元凶。
既然上下文切换对系统性能影响那么大，你肯定迫不及待想知道，到底要怎么查看上下文切换呢？在这里，我们可以使用 vmstat 这个工具，来查询系统的上下文切换情况。
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，也常用来分析 CPU 上下文切换和中断的次数。
比如，下面就是一个 vmstat 的使用示例：
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精选留言

  • 行者
    2018-11-28
    结合前两节，首先通过uptime查看系统负载，然后使用mpstat结合pidstat来初步判断到底是cpu计算量大还是进程争抢过大或者是io过多，接着使用vmstat分析切换次数，以及切换类型，来进一步判断到底是io过多导致问题还是进程争抢激烈导致问题。

    作者回复: 👍

    
    218
  • 发条橙子 。
    2018-12-02
    案例分析 ： 登录到服务器，现在系统负载怎么样 。 高的话有三种情况，首先是cpu使用率 ，其次是io使用率 ，之后就是两者都高 。 cpu 使用率高，可能确实是使用率高， 也的可能实际处理不高而是进程太多切换上下文频繁 ， 也可能是进程内线程的上下文切换频繁 io 使用率高 ， 说明 io 请求比较大， 可能是 文件io 、 网络io 。 工具 ： 系统负载 ： uptime （ watch -d uptime）看三个阶段平均负载 系统整体情况 ： mpstat （mpstat -p ALL 3） 查看 每个cpu当前的整体状况，可以重点看用户态、内核态、以及io等待三个参数 系统整体的平均上下文切换情况 ： vmstat (vmstat 3) 可以重点看 r （进行或等待进行的进程）、b （不可中断进程/io进程） 、in （中断次数） 、cs（上下文切换次数） 查看详细的上下文切换情况 ： pidstat （pidstat -w(进程切换指标)/-u（cpu使用指标）/-wt(线程上下文切换指标)） 注意看是自愿上下文切换、还是被动上下文切换 io使用情况 ： iostat 模拟场景工具 ： stress ： 模拟进程 、 io sysbench ： 模拟线程数
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    作者回复: 总结的很好，继续保持👍

    共 4 条评论
    87
  • 酱油侠
    2018-11-29
    我用的centos，yum装的sysbench。执行后很快完事了的可以设置下max-requests，默认max-requests是1w所以很快就结束了。 sysbench --num-threads=10 --max-time=300 --max-requests=10000000 --test=threads run 有的朋友/proc/interrupts时看不见RES是因为窗口开太小了RES在最下面。

    作者回复: 👍 谢谢分享经验，其他用centos的同学可以参考一下

    共 10 条评论
    64
  • discoverer-tab
    2018-11-28
    过多上下文切换会缩短进程运行时间 vmstat 1 1：分析内存使用情况、cpu上下文切换和中断的次数。cs每秒上下文切换的次数，in每秒中断的次数，r运行或等待cpu的进程数，b中断睡眠状态的进程数。 pidstat -w 5：查看每个进程详细情况。cswch（每秒自愿）上下文切换次数，如系统资源不足导致，nvcswch每秒非自愿上下文切换次数，如cpu时间片用完或高优先级线程 案例分析： sysbench：多线程的基准测试工具，模拟context switch 终端1：sysbench --threads=10 --max-time=300 threads run 终端2：vmstat 1：sys列占用84%说明主要被内核占用，ur占用16%；r就绪队列8；in中断处理1w，cs切换139w==>等待进程过多，频繁上下文切换，内核cpu占用率升高 终端3：pidstat -w -u 1：sysbench的cpu占用100%（-wt发现子线程切换过多），其他进程导致上下文切换 watch -d cat /proc/interupts ：查看另一个指标中断次数，在/proc/interupts中读取，发现重调度中断res变化速度最快 总结：cswch过多说明资源IO问题，nvcswch过多说明调度争抢cpu过多，中断次数变多说明cpu被中断程序调用
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    作者回复: 总结的好👍

    
    32
  • miracle
    2018-11-28
    发现一个不太严谨的地方，即使没有开sysbench，用watch -d /proc/interrupts的时候 RES的变化也是最大的，这个时候in跟cs都不高

    作者回复: 中断次数是多少？

    共 10 条评论
    12
  • cuikt
    2019-04-30
    可以通过以下指令进行排序，观察RES。 watch -d 'cat /proc/interrupts | sort -nr -k 2 '

    作者回复: 谢谢分享，sort、cat 都是所有人都需要掌握的基础工具

    共 4 条评论
    11
  • Haku
    2018-11-28
    Ubuntu16.04LTS下: # 以 10 个线程运行 5 分钟的基准测试，模拟多线程切换的问题 $ sysbench --num-threads=10 --max-time=300 --test=threads run

    作者回复: 赞👍

    
    11
  • echo
    2018-11-28
    老师你好，有个难题希望能指导一下排查 我有个系统，跑的是32核48G的云主机，load经常超过CPU核数，峰值时load5可达到CPU核数的3倍， 但是CPU利用率不超过50%左右。 其他关键数据：I/O wait 不超过0.1， 网络流量没超出网卡QOS，R状态的进程数也就一两个，没有D状态的进程。系统只要跑一个CPU密集型的Java进程，线程数2-3k。另外load、CPU、网卡流量的曲线是一致的。 通读了你的第二篇文章，按文章指导能排查的都排查了，接下来应该从哪方面着手定位load高的根因呢？

    作者回复: CPU使用率都是哪种高？具体到每个线程，又是哪种CPU使用率高？先找出最高的类型再继续分析

    
    8
  • 茴香根
    2018-11-28
    打卡本节课程，在使用Linux一些监控命令行时候常常碰到列宽和下面的的数据错位的情况，比如数据过大，占了两列，导致数据错位，不方便观察，不知老师可有好的工具或方法解决。

    作者回复: 这是常见的问题，一般用宽显示器会好些

    
    8
  • Linuxer
    2018-11-28
    我们之前是如果系统CPU不高根本不会去关注上下文切换，但是这种情况下以前也观测到cs有几十万的情况，所以我想请教一个问题，什么情况下需要关注上下文切换呢？

    作者回复: 是的，cs值不是绝对的，所以最好是监控起来，看变化情况，比如是不是数量级的增长

    
    7