linux 性能优化之路: 深入了解几种linux上下文切换

Posted 2021-12-06 李昊轩的博客

上下文切换是什么？

上下文切换是对任务当前运行状态的暂存和恢复

CPU为什么要进行上下文切换？

当多个进程竞争CPU的时候，CPU为了保证每个进程能公平被调度运行，采取了处理任务时间分片的机制，轮流处理多个进程，由于CPU处理速度非常快，在人类的感官上认为是并行处理，实际是"伪"并行，同一时间只有一个任务在运行处理。

上下文切换主要消耗什么资源，为什么说上下文切换次数过多不可取？

根据 Tsuna 的测试报告，每次上下文切换都需要几十纳秒到到微秒的CPU时间，这些时间对CPU来说，就好比人类对1分钟或10分钟的感觉概念。在分秒必争的计算机处理环境下，浪费太多时间在切换上，只能会降低真正处理任务的时间，表象上导致延时、排队、卡顿现象发生。

上下文切换分几种？

• 进程上下文切换
• 线程上下文切换
• 中断上下文切换

什么情况下会触发上下文切换？

• 系统调用
• 进程状态转换(运行、就绪、阻塞)
• 时间片耗尽
• 系统资源不足
• sleep
• 优先级调度
• 硬件中断等

线程上下文切换和进程上下文切换的最大区别？

线程是调度的基本单位，进程是资源拥有的基本单位，同属一个进程的线程，发生上下文切换，只切换线程的私有数据，共享数据不变，因此速度非常快。

中断上下文切换，如何理解？

为了快速响应硬件的事件(如USB接入)，中断处理会打断进程的正常调度和执行，转而调用中断处理程序，响应设备事件。而打断其它进程执行时，需要进行上下文切换。中断事件过多，会无谓的消耗CPU资源，导致进程处理时间延长。

有哪些减少上下文切换的技术用例？

数据库连接池（复用连接）、合理设置应用的最大进程，线程数、直接内存访问DMA、零拷贝技术