cpu上下文切换（下）

Posted 2021-12-30

cpu上下文切换如何查看

上一篇介绍了cpu上下文切换几种场景以及数据保存恢复过程，这篇文章介绍如何查看cpu上下文切换

一、vmstat

安装：yum install -y sysstat

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情况，也常用来分析cpu上下文切换和中断的次数。

# vmstat <br/>procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----<br/>r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st<br/>1 0 0 1030608 972 119296 0 0 52 15 0 1 4 0 95 0 0

• cs（context switch）是每秒上下文切换的次数。

• in（interrupt）是每秒中断的次数。

• r（Running or Runnable）是就绪队列的长度，也就是等待和运行cpu的进程数。

• b（Blocked）是处于不可中断睡眠状态的进程数。

  vmstat只是给出了系统总体的上下切换情况，想查看每个进程的详细情况，就需要使用pidstat。加-w选项。

二、pidstat

pidstat -w 5

Linux 3.10.0-514.26.2.el7.x86_64 (nodejs-test) 06/09/2019 _x86_64_ (2 CPU)

10:53:49 AM UID PID cswch/s nvcswch/s Command
10:53:54 AM 0 9 21.56 0.00 rcu_sched
10:53:54 AM 0 10 0.40 0.00 watchdog/0
10:53:54 AM 0 11 0.40 0.00 watchdog/1
10:53:54 AM 0 12 0.40 0.00 migration/1
10:53:54 AM 0 13 0.40 0.00 ksoftirqd/1

• cswch：每秒自愿上下文切换的次数。

• nvcswch：每秒非自愿上下文切换的次数。

• 自愿上下文切换，是指进程无法获取所需资源，导致上下文切换，如：I/O、内存等资源不足时。

• 非自愿上下文切换，是指进程由于时间片已到等原因，被系统强制调度，进而发生上下文切换。如：大量进程争抢cpu。

  案例

  操作

  打开三个终端

  1. 创造事故

     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 --threads=10 --max-time=300 threads run

  2. 打开第二个中断查看

     每隔 1 秒输出 1 组数据（需要 Ctrl+C 才结束）

     $ vmstat 1
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
6 0 0 6487428 118240 1292772 0 0 0 0 9019 1398830 16 84 0 0 0
8 0 0 6487428 118240 1292772 0 0 0 0 10191 1392312 16 84 0 0 0

  • cs列的上下文切换次数升到了139万。
  • r列：就绪队列到达了8。超过了cpu的个数。此时肯定有大量cpu竞争。
  • us和sy列加起来100%。sy列高达84%，说明cpu主要是被内核占用了。
  • in列：中断次数上升到1万左右，说明中断处理也是问题。

  3. pidstat

     利用pidstat查看进程上下文切换详细情况；

     #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
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

  ? 从上面输出看出，sysbench进程占用cpu100%，自愿上下文切换频率高的内核线程为sshd和 kwordker。但是，加起来也就是几百，没有达到139万。

  4. pidstat -t参数

     #每隔 1 秒输出一组数据（需要 Ctrl+C 才结束）

     #-wt 参数表示输出线程的上下文切换指标

     $ pidstat -wt 1
08:14:05 UID TGID TID cswch/s nvcswch/s Command
...
08:14:05 0 10551 - 6.00 0.00 sysbench
08:14:05 0 - 10551 6.00 0.00 |__sysbench<br/>08:14:05 0 - 10552 18911.00 103740.00 |__sysbench
08:14:05 0 - 10553 18915.00 100955.00 |__sysbench<br/>08:14:05 0 - 10554 18827.00 103954.00 |__sysbench
...

     此时看出，sysbench主进程上下文切换次数不多，但是子线程却很多。

     前面我们看见，不止上下文切换频率升高，还有中断次数。

     一旦CPU接收了中断请求，CPU就会暂时停止执行正在运行的程序，并且调用一个称为中断处理器或中断服务程序（interrupt service routine）的特定程序。

     查看文件接口

     #cat /proc/interrupts

     ? CPU0 CPU1
25: 10652623 80703151 PCI-MSI-edge virtio3-req.0
26: 0 0 PCI-MSI-edge virtio2-config
27: 2 0 PCI-MSI-edge virtio2-virtqueues
28: 0 0 PCI-MSI-edge virtio0-config
29: 599781 28812335 PCI-MSI-edge virtio0-input.0
30: 2 506 PCI-MSI-edge virtio0-output.0
31: 0 0 PCI-MSI-edge virtio1-config
32: 6893540 111078549 PCI-MSI-edge virtio1-input.0
33: 615 1368 PCI-MSI-edge virtio1-output.0
NMI: 0 0 Non-maskable interrupts
LOC: 3818014562 3882568092 Local timer interrupts
SPU: 0 0 Spurious interrupts
PMI: 0 0 Performance monitoring interrupts
IWI: 92938221 96288600 IRQ work interrupts
RTR: 0 0 APIC ICR read retries
RES: 316386309 327268304 Rescheduling interrupts
CAL: 71367577 3699711 Function call interrupts
TLB: 21377263 20572311 TLB shootdowns
TRM: 0 0 Thermal event interrupts
THR: 0 0 Threshold APIC interrupts

     中的RES: 316386309 327268304 Rescheduling interrupts

  总结

  • 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，说明进程在被强制调度，也就是在争抢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，需要查看/proc/interrupts 接口文件。