怎么查看系统的上下文切换情况

我们知道，过多的上下文切换会将CPU的时间消耗在寄存器、内核栈i以及虚拟内存的保存和恢复上，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。

我们可以使用vmstat这个工具来查询系统的上下文切换情况。

  1. # 每隔 5 秒输出 1 组数据
  2. $ vmstat 5
  3. procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
  4.  r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
  5.  0  0      0 7005360  91564 818900    0    0     0     0   25   33  0  0 100  0  0
  • cs是每秒上下文切换的次数。
  • in则是每秒中断的次数
  • r是就绪队列的长度，也就是正在运行和等待CPU的进程数
  • b则是处于不可中断睡眠状态的进程数

可以看到这个例子中的上下文切换cs是33次，而系统中断次数是25次，而就绪队列和不可中断进程数都是0。

vmstat只给出了系统总体的上下文切换情况，要想查看每个进程的详细请情况，就需要使用我们前面提到过的pidstat了。加上-w选项，就可以查看到每个进程上下文切换的情况了。

  1. # 每隔 5 秒输出 1 组数据
  2. $ pidstat -w 5
  3. Linux 4.15.0 (ubuntu)  09/23/18  _x86_64_  (2 CPU)
  5. 08:18:26      UID       PID   cswch/s nvcswch/s  Command
  6. 08:18:31        0         1      0.20      0.00  systemd
  7. 08:18:31        0         8      5.40      0.00  rcu_sched
  8. ...

这个结果中有两列内容是我们的重点关注对象，一个是cswch，表示每秒自愿上下文切换的次数，另一个则是nvcswch，表示每秒非自愿上下文切换的次数。

  • 所谓的自愿上下文切换，是指进程无法获取所需的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、
  • 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。

具体分析方法：

  • 自愿上下文切换变多了，说明进程都在等待资源，有可能发生了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的确成为了瓶颈
  • 中断次数变多了，说明CPU被中断程序占用，需要通过查看/proc/interrupts文件来分析具体的中断类型