资料来源： https://www.cn blogs.com/Nora-f/p/11508248.html
33559 www.cn blogs.com/fan haiping/p/9582418.html
目录案例研究如何显示系统上下文切换情况的具体案例sysbench的操作和分析总结
在案例研究中，您已经了解了如何查看系统上下文切换的情况，但是过多的上下文切换会占用大量的CPU时间来存储和恢复数据，如寄存器、内核堆栈和虚拟内存，并执行流程
上下文切换对系统性能的影响非常大，您可能想知道如何显示上下文切换。 在此，您可以使用名为vmstat的工具检查系统的上下文切换情况。
vmstat是一种常用的系统性能分析工具，主要用于分析系统的内存使用情况，也常用于分析CPU的上下文切换和中断次数。
例如，vmstat的使用示例如下所示。
#每5秒输出一组数据----- vmstat5procs-------- memory-----swap-----io-----vmstat5procs-------5 请先自己解读一下各列的意思。 在此，我要强调四个值得特别关注的内容。
33558 www.Sina.com/(上下文交换机)是每秒上下文切换的次数。 3358www.Sina.com/(interrupt )是每秒的中断次数。 33558 www.Sina.com/(runningorrunnable )是就绪队列的长度，即运行CPU并等待的进程数。 3358www.Sina.com/(blocked )是处于不可中断的休眠状态的进程数。在本例中，上下文切换次数cs为33，系统中断次数in为25，与就绪队列长度r处于不可中断状态的进程
vmstat只是系统范围的上下文切换情况，必须使用上面提到的pidstat才能查看每个进程的详细信息。 如果在其中添加-w选项，则可以看到每个进程的上下文切换情况。
例如：
#每5秒输出一组数据$PIDstat-w5Linux4.15.0(Ubuntu ) 09/23/18_x86_64_(2CPU ) 08336018:26uidPIDcswch/snvcsww s command 0833601833603101.20.00 systemd 0833601833603108.40.00 rcu _ sched .该结果有两列是我们重点关注的对象。
一个是cswch，表示每秒自发上下文切换(voluntary context switches )的次数，
另一个是nvcswch，表示每秒非自愿上下文切换的次数。
这两个概念意味着不同的性能问题，所以必须牢牢记住。
主动上下文切换是指进程无法获取所需资源而导致的上下文切换。 例如，I/O、内存等系统资源不足时，会发生自发的上下文切换。 另一方面，自发的上下文切换是指，由于过程超时等原因，被强制安排在系统中，从而产生上下文切换。 例如，如果大量进程正在争夺CPU，则很容易出现非自愿的上下文切换。 在具体案例中，我发现了如何表示这些指标。 又发生了别的问题。 上下文切换频率在多少次上是正常的呢？ 不要着急回答。 同样，我们先来看看上下文切换的情况。 通过案例实战演习，你自己可以分析并找到这个标准。
sysbench sysbench是一种多线程基准测试工具，常用于评估各种系统参数下的数据库负载。 当然，在这次的案例中，它只作为例外的过程来看。 作用是模拟上下文切换过多的问题。
具体来说，请参照这篇文章。 https://blog.csdn.net/sinat _ 28317385/article/details/112967710
在开始正式操作之前，必须打开三个终端并登录到同一台Linux计算机
操作和分析首先在第一个终端上运行sysbench，模拟系统多线程调度的瓶颈。
#10个线程运行5分钟的基准测试，模拟多线程交换机问题$ sys bench---- threads=10---- max-time=300 threads run，其次是
#每秒输出一组数据(需要Ctrl C
结束）$ vmstat 1procs -----------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 139 万。同时，注意观察其他几个指标：
r 列：就绪队列的长度已经到了 8，远远超过了系统 CPU 的个数 2，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 100%，其中系统 CPU 使用率，也就是 sy 列高达 84%，说明 CPU 主要是被内核占用了。in 列：中断次数也上升到了 1 万左右，说明中断处理也是个潜在的问题。综合这几个指标，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 的进程数过多，导致了大量的上下文切换，而上下文切换又导致了系统 CPU 的占用率升高。
那么到底是什么进程导致了这些问题呢？
我们继续分析，在第三个终端再用 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 108:06:33 UID PID %usr %system %guest %wait %CPU CPU Command08:06:34 0 10488 30.00 100.00 0.00 0.00 100.00 0 sysbench08:06:34 0 26326 0.00 1.00 0.00 0.00 1.00 0 kworker/u4:208:06:33 UID PID cswch/s nvcswch/s Command08:06:34 0 8 11.00 0.00 rcu_sched08:06:34 0 16 1.00 0.00 ksoftirqd/108:06:34 0 471 1.00 0.00 hv_balloon08:06:34 0 1230 1.00 0.00 iscsid08:06:34 0 4089 1.00 0.00 kworker/1:508:06:34 0 4333 1.00 0.00 kworker/0:308:06:34 0 10499 1.00 224.00 pidstat08:06:34 0 26326 236.00 0.00 kworker/u4:208:06:34 1000 26784 223.00 0.00 sshd从 pidstat 的输出你可以发现，CPU 使用率的升高果然是 sysbench 导致的，它的 CPU 使用率已经达到了 100%。但上下文切换则是来自其他进程，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内核线程 kworker 和 sshd。
不过，细心的你肯定也发现了一个怪异的事儿：pidstat 输出的上下文切换次数，加起来也就几百，比 vmstat 的 139 万明显小了太多。这是怎么回事呢？难道是工具本身出了错吗？
别着急，在怀疑工具之前，我们再来回想一下，前面讲到的几种上下文切换场景。其中有一点提到， Linux 调度的基本单位实际上是线程，而我们的场景 sysbench 模拟的也是线程的调度问题，那么，是不是 pidstat 忽略了线程的数据呢？
通过运行 man pidstat ，你会发现，pidstat 默认显示进程的指标数据，加上 -t 参数后，才会输出线程的指标。
所以，我们可以在第三个终端里， Ctrl+C 停止刚才的 pidstat 命令，再加上 -t 参数，重试一下看看：
# 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 108:14:05 UID TGID TID cswch/s nvcswch/s Command...08:14:05 0 10551 - 6.00 0.00 sysbench08:14:05 0 - 10551 6.00 0.00 |__sysbench08:14:05 0 - 10552 18911.00 103740.00 |__sysbench08:14:05 0 - 10553 18915.00 100955.00 |__sysbench08:14:05 0 - 10554 18827.00 103954.00 |__sysbench...现在你就能看到了，虽然 sysbench 进程（也就是主线程）的上下文切换次数看起来并不多，但它的子线程的上下文切换次数却有很多。看来，上下文切换yydyd，还是过多的 sysbench 线程。
我们已经找到了上下文切换次数增多的根源，那是不是到这儿就可以结束了呢？
当然不是。不知道你还记不记得，前面在观察系统指标时，除了上下文切换频率骤然升高，还有一个指标也有很大的变化。是的，正是中断次数。中断次数也上升到了 1 万，但到底是什么类型的中断上升了，现在还不清楚。我们接下来继续抽丝剥茧找源头。
既然是中断，我们都知道，它只发生在内核态，而 pidstat 只是一个进程的性能分析工具，并不提供任何关于中断的详细信息，怎样才能知道中断发生的类型呢？
没错，那就是从 /proc/interrupts 这个只读文件中读取。/proc 实际上是 Linux 的一个虚拟文件系统，用于内核空间与用户空间之间的通信。/proc/interrupts 就是这种通信机制的一部分，提供了一个只读的中断使用情况。
我们还是在第三个终端里， Ctrl+C 停止刚才的 pidstat 命令，然后运行下面的命令，观察中断的变化情况：
# -d 参数表示高亮显示变化的区域$ watch -d cat /proc/interrupts CPU0 CPU1...RES: 2450431 5279697 Rescheduling interrupts...说RES=0的同学，你一定是设置了CPU个数=1。
观察一段时间，你可以发现，变化速度最快的是重调度中断（RES） ，这个中断类型表示，唤醒空闲状态的 CPU 来调度新的任务运行。这是多处理器系统（SMP）中，调度器用来分散任务到不同 CPU 的机制，通常也被称为处理器间中断（Inter-Processor Interrupts，IPI） 。
所以，这里的中断升高还是因为过多任务的调度问题，跟前面上下文切换次数的分析结果是一致的。
通过这个案例，你应该也发现了多工具、多方面指标对比观测的好处。如果最开始时，我们只用了 pidstat 观测，这些很严重的上下文切换线程，压根儿就发现不了了。
现在再回到最初的问题，每秒上下文切换多少次才算正常呢？
这个数值其实取决于系统本身的 CPU 性能。在我看来，如果系统的上下文切换次数比较稳定，那么从数百到一万以内，都应该算是正常的。但当上下文切换次数超过一万次，或者切换次数出现数量级的增长时，就很可能已经出现了性能问题。
这时，你还需要根据上下文切换的类型，再做具体分析。比方说：
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 I/O 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。 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