02什么是CPU上下文切换

上⼀节， 讲了要怎么理解平均负载（ Load Average） ， 并⽤三个案例展示了不同场景下平均负载升⾼的分析⽅法。 这其中， 多个进程竞争 CPU 就是⼀个经常被我们忽视的问题。

1、CPU上下文切换的概念

我想你⼀定很好奇， 进程在竞争 CPU 的时候并没有真正运⾏， 为什么还会导致系统的负载升⾼呢？ 看到今天的主题， 你应该已经猜到了， CPU 上下⽂切换就是罪魁祸⾸。

我们都知道， Linux 是⼀个多任务操作系统， 它⽀持远⼤于 CPU 数量的任务同时运⾏。 当然， 这些任务实际上并不是真的在同时运⾏， ⽽是因为系统在很短的时间内， 将 CPU 轮流分配给它们， 造成多任务同时运⾏的错觉。

⽽在每个任务运⾏前， CPU 都需要知道任务从哪⾥加载、 ⼜从哪⾥开始运⾏， 也就是说， 需要系统事先帮它设置好 CPU 寄存器和程序计数器（Program Counter， PC） 。

CPU 寄存器， 是 CPU 内置的容量⼩、 但速度极快的内存。 ⽽程序计数器， 则是⽤来存储 CPU 正在执⾏的指令位置、 或者即将执⾏的下⼀条指令位置。 它们都是 CPU 在运⾏任何任务前， 必须的依赖环境， 因此也被叫做 CPU 上下⽂。

知道了什么是 CPU 上下⽂， 我想你也很容易理解 CPU 上下⽂切换。 CPU 上下⽂切换， 就是先把前⼀个任务的 CPU 上下⽂（也就是 CPU 寄存器和程序计数器） 保存起来， 然后加载新任务的上下⽂到这些寄存器和程序计数器， 最后再跳转到程序计数器所指的新位置， 运⾏新任务。

⽽这些保存下来的上下⽂， 会存储在系统内核中， 并在任务重新调度执⾏时再次加载进来。 这样就能保证任务原来的状态不受影响， 让任务看起来还是连续运⾏。

我猜肯定会有⼈说， CPU 上下⽂切换⽆⾮就是更新了 CPU 寄存器的值嘛， 但这些寄存器， 本身就是为了快速运⾏任务⽽设计的， 为什么会影响系统的 CPU 性能呢？

在回答这个问题前， 不知道你有没有想过， 操作系统管理的这些“任务”到底是什么呢？

也许你会说， 任务就是进程， 或者说任务就是线程。 是的， 进程和线程正是最常⻅的任务。 但是除此之外， 还有没有其他的任务呢？

不要忘了， 硬件通过触发信号， 会导致中断处理程序的调⽤， 也是⼀种常⻅的任务。

2、CPU上下文切换的分类

所以， 根据任务的不同， CPU 的上下⽂切换就可以分为⼏个不同的场景， 也就是进程上下⽂切换、 线程上下⽂切换以及中断上下⽂切换。

这节课我就带你来看看， 怎么理解这⼏个不同的上下⽂切换， 以及它们为什么会引发 CPU 性能相关问题。

2.1 进程上下⽂切换

Linux 按照特权等级， 把进程的运⾏空间分为内核空间和⽤户空间， 分别对应着下图中， CPU 特权等级的 Ring 0 和 Ring3。

• ​ 内核空间（Ring 0） 具有最⾼权限， 可以直接访问所有资源；

• ​ ⽤户空间（Ring 3） 只能访问受限资源， 不能直接访问内存等硬件设备， 必须通过系统调⽤陷⼊到内核中， 才能访问这些特权资源。

换个⻆度看， 也就是说， 进程既可以在⽤户空间运⾏， ⼜可以在内核空间中运⾏。 进程在⽤户空间运⾏时， 被称为进程的⽤户态， ⽽陷⼊内核空间的时候， 被称为进程的内核态。

从⽤户态到内核态的转变， 需要通过系统调⽤来完成。 ⽐如， 当我们查看⽂件内容时， 就需要多次系统调⽤来完成： ⾸先调⽤open() 打开⽂件， 然后调⽤ read() 读取⽂件内容， 并调⽤ write() 将内容写到标准输出， 最后再调⽤ close() 关闭⽂件。

那么， 系统调⽤的过程有没有发⽣ CPU 上下⽂的切换呢？ 答案⾃ 然是肯定的。

CPU 寄存器⾥原来⽤户态的指令位置， 需要先保存起来。 接着， 为了执⾏内核态代码， CPU 寄存器需要更新为内核态指令的新位置。 最后才是跳转到内核态运⾏内核任务。

⽽系统调⽤结束后， CPU寄存器需要恢复原来保存的⽤户态， 然后再切换到⽤户空间， 继续运⾏进程。 所以， ⼀次系统调⽤的过程， 其实是发⽣了两次 CPU 上下⽂切换。

不过， 需要注意的是， 系统调⽤过程中， 并不会涉及到虚拟内存等进程⽤户态的资源， 也不会切换进程。 这跟我们通常所说的进程上下⽂切换是不⼀样的：

进程上下⽂切换， 是指从⼀个进程切换到另⼀个进程运⾏。

⽽系统调⽤过程中⼀直是同⼀个进程在运⾏。

所以， 系统调⽤过程通常称为特权模式切换， ⽽不是上下⽂切换。 但实际上， 系统调⽤过程中， CPU 的上下⽂切换还是⽆法避免的。

那么， 进程上下⽂切换跟系统调⽤⼜有什么区别呢？

⾸先， 你需要知道， 进程是由内核来管理和调度的， 进程的切换只能发⽣在内核态。 所以， 进程的上下⽂不仅包括了虚拟内存、 栈、 全局变量等⽤户空间的资源， 还包括了内核堆栈、 寄存器等内核空间的状态。

因此， 进程的上下⽂切换就⽐系统调⽤时多了⼀步： 在保存当前进程的内核状态和CPU寄存器之前， 需要先把该进程的虚拟内存、 栈等保存下来； ⽽加载了下⼀进程的内核态后， 还需要刷新进程的虚拟内存和⽤户栈。

如下图所示， 保存上下⽂和恢复上下⽂的过程并不是“免费”的， 需要内核在 CPU 上运⾏才能完成。

根据 Tsuna 的测试报告， 每次上下⽂切换都需要⼏⼗纳秒到数微秒的 CPU 时间。 这个时间还是相当可观的， 特别是在进程上下⽂切换次数较多的情况下， 很容易导致 CPU 将⼤量时间耗费在寄存器、 内核栈以及虚拟内存等资源的保存和恢复上， 进⽽⼤⼤缩短了真正运⾏进程的时间。 这也正是上⼀节中我们所讲的， 导致平均负载升⾼的⼀个重要因素。

另外， 我们知道， Linux 通过 TLB（Translation Lookaside Buffer） 来管理虚拟内存到物理内存的映射关系。 当虚拟内存更新后， TLB 也需要刷新， 内存的访问也会随之变慢。 特别是在多处理器系统上， 缓存是被多个处理器共享的， 刷新缓存不仅会影响当前处理器的进程， 还会影响共享缓存的其他处理器的进程。

知道了进程上下⽂切换潜在的性能问题后， 我们再来看， 究竟什么时候会切换进程上下⽂。

显然， 进程切换时才需要切换上下⽂， 换句话说， 只有在进程调度的时候， 才需要切换上下⽂。 Linux 为每个 CPU 都维护了⼀个就绪队列， 将活跃进程（即正在运⾏和正在等待CPU的进程） 按照优先级和等待 CPU 的时间排序， 然后选择最需要CPU 的进程， 也就是优先级最⾼和等待CPU时间最⻓的进程来运⾏。

那么， 进程在什么时候才会被调度到 CPU 上运⾏呢？

最容易想到的⼀个时机， 就是进程执⾏完终⽌了， 它之前使⽤的CPU会释放出来， 这个时候再从就绪队列⾥， 拿⼀个新的进程过来运⾏。 其实还有很多其他场景， 也会触发进程调度， 在这⾥我给你逐个梳理下。

• 其⼀， 为了保证所有进程可以得到公平调度， CPU时间被划分为⼀段段的时间⽚， 这些时间⽚再被轮流分配给各个进程。 这样， 当某个进程的时间⽚耗尽了， 就会被系统挂起， 切换到其它正在等待 CPU 的进程运⾏。
• 其⼆， 进程在系统资源不⾜（⽐如内存不⾜） 时， 要等到资源满⾜后才可以运⾏， 这个时候进程也会被挂起， 并由系统调度其他进程运⾏。
• 其三， 当进程通过睡眠函数 sleep 这样的⽅法将⾃ ⼰主动挂起时， ⾃然也会重新调度。
• 其四， 当有优先级更⾼的进程运⾏时， 为了保证⾼优先级进程的运⾏， 当前进程会被挂起， 由⾼优先级进程来运⾏。
• 最后⼀个， 发⽣硬件中断时， CPU上的进程会被中断挂起， 转⽽执⾏内核中的中断服务程序。

了解这⼏个场景是⾮常有必要的， 因为⼀旦出现上下⽂切换的性能问题， 它们就是幕后凶⼿。

2.2 线程上下⽂切换

说完了进程的上下⽂切换， 我们再来看看线程相关的问题。

线程与进程最⼤的区别在于， 线程是调度的基本单位， ⽽进程则是资源拥有的基本单位。 说⽩了， 所谓内核中的任务调度， 实际上的调度对象是线程； ⽽进程只是给线程提供了虚拟内存、 全局变量等资源。 所以， 对于线程和进程， 我们可以这么理解：

当进程只有⼀个线程时， 可以认为进程就等于线程。

当进程拥有多个线程时， 这些线程会共享相同的虚拟内存和全局变量等资源。 这些资源在上下⽂切换时是不需要修改的。

另外， 线程也有⾃⼰的私有数据， ⽐如栈和寄存器等， 这些在上下⽂切换时也是需要保存的。

这么⼀来， 线程的上下⽂切换其实就可以分为两种情况：

第⼀种， 前后两个线程属于不同进程。 此时， 因为资源不共享， 所以切换过程就跟进程上下⽂切换是⼀样。

第⼆种， 前后两个线程属于同⼀个进程。 此时， 因为虚拟内存是共享的， 所以在切换时， 虚拟内存这些资源就保持不动， 只需要切换线程的私有数据、 寄存器等不共享的数据。

到这⾥你应该也发现了， 虽然同为上下⽂切换， 但同进程内的线程切换， 要⽐多进程间的切换消耗更少的资源， ⽽这， 也正是多线程代替多进程的⼀个优势。

2.3 中断上下⽂切换

除了前⾯两种上下⽂切换， 还有⼀个场景也会切换 CPU 上下⽂， 那就是中断。

为了快速响应硬件的事件， 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。 ⽽在打断其他进程时， 就需要将进程当前的状态保存下来， 这样在中断结束后， 进程仍然可以从原来的状态恢复运⾏。

跟进程上下⽂不同， 中断上下⽂切换并不涉及到进程的⽤户态。 所以， 即便中断过程打断了⼀个正处在⽤户态的进程， 也不需要保存和恢复这个进程的虚拟内存、 全局变量等⽤户态资源。 中断上下⽂， 其实只包括内核态中断服务程序执⾏所必需的状态， 包括CPU 寄存器、 内核堆栈、 硬件中断参数等。

对同⼀个 CPU 来说， 中断处理⽐进程拥有更⾼的优先级， 所以中断上下⽂切换并不会与进程上下⽂切换同时发⽣。 同样道理， 由于中断会打断正常进程的调度和执⾏， 所以⼤部分中断处理程序都短⼩精悍， 以便尽可能快的执⾏结束。

另外， 跟进程上下⽂切换⼀样， 中断上下⽂切换也需要消耗CPU， 切换次数过多也会耗费⼤量的 CPU， 甚⾄严重降低系统的整体性能。 所以， 当你发现中断次数过多时， 就需要注意去排查它是否会给你的系统带来严重的性能问题。

3、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元凶。

既然上下⽂切换对系统性能影响那么⼤， 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。

如何确认vmstat的安装包呢？
# sudo apt install -y apt-file
# sudo apt-file update
# sudo apt-file search vmstat
...
procps: /usr/share/man/man8/vmstat.8.gz
...
以上就可以确认vmstat命令是需要安装procps安装包

# 安装vmstat命令：
sudo apt install -y procps
sudo yum install -y proc-ng
vmstat 命令是 procp-ng 软件包的⼀部分，其中包含其他⼀些实⽤的性能分析命令，如 free 和 top。vmstat（VirtualMeomoryStatistics，虚拟内存统计）是Linux中监控内存的常用工具，可对操作系统的虚拟内存、进程、CPU等的整体情况进行监视。
如果不使⽤任何参数，vmstat 命令将显⽰⾃启动以来系统各个统计信息的平均值。vmstat 命令可接受似于 sysstat 软件包实⽤程序的两个参数。其中，第⼀个参数为 delay 选项，第⼆个参数为 count 选项。
默认情况下，内存统计信息将以 KiB 为单位来报告。通过 -S 选项，可分别使⽤ -S k、-S m 和 -S M 选项将报告单位变更为 KB、MB 或 MiB。
命令参数详解：
vmstat [options] [delay [count] ]
-a：显示活跃和非活跃内存
-f：显示从系统启动至今的fork数量 。
-m：显示slabinfo
-n：只在开始时显示一次各字段名称。
-s：显示内存相关统计信息及多种系统活动数量。
delay：刷新时间间隔。如果不指定，只显示一条结果。
count：刷新次数。如果不指定刷新次数，但指定了刷新时间间隔，这时刷新次数为无穷。
-d：显示磁盘相关统计信息。
-p：显示指定磁盘分区统计信息
-S：使用指定单位显示。默认单位为K（1024 bytes）。

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：

# 每隔5秒输出1组数据
$ vmstat 5
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
 r  b  swpd  free  buff  cache  si  so   bi   bo  in  cs us sy id wa st
 0  0    0 7005360  91564 818900   0   0   0   0  25  33  0  0 100  0  0

我们⼀起来看这个结果， 你可以先试着⾃ ⼰解读每列的含义。 在这⾥， 我重点强调下， 需要特别关注的四列内容：

cs（context switch） 是每秒上下⽂切换的次数。
in（interrupt） 则是每秒中断的次数。
r（Running or Runnable） 是就绪队列的⻓度， 也就是正在运⾏和等待CPU的进程数。
b（Blocked） 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次数 cs 是33次， ⽽系统中断次数 in 则是25次， ⽽就绪队列⻓度r和不可中断状态进程数b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情况， 就需要使⽤我们前⾯提到过的 pidstat 了。 给它加上 -w 选项， 你就可以查看每个进程上下⽂切换的情况了。⽐如说：

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

...

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（voluntary context switches） 的次数， 另⼀个则是 nvcswch ， 表示每秒⾮⾃愿上下⽂切换（non voluntary context switches） 的次数。

这两个概念意味着不同的性能问题：

所谓⾃愿上下⽂切换， 是指进程⽆法获取所需资源， 导致的上下⽂切换。 ⽐如说， I/O、 内存等系统资源不⾜时， 就会发⽣⾃ 愿上下⽂切换。

⽽⾮⾃愿上下⽂切换， 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。

4、案例分析

知道了怎么查看这些指标， 另⼀个问题⼜来了， 上下⽂切换频率是多少次才算正常呢？ 别急着要答案， 同样的， 我们先来看⼀个上下⽂切换的案例。 通过案例实战演练， 你⾃ ⼰就可以分析并找出这个标准了。

你的准备

今天的案例， 我们将使⽤ sysbench 来模拟系统多线程调度切换的情况。

sysbench 是⼀个多线程的基准测试⼯具， ⼀般⽤来评估不同系统参数下的数据库负载情况。 当然， 在这次案例中， 我们只把它当成⼀个异常进程来看， 作⽤是模拟上下⽂切换过多的问题。

下⾯的案例基于 Ubuntu 18.04， 当然， 其他的 Linux 系统同样适⽤。 我使⽤的案例环境如下所示：

• 机器配置： 2 CPU， 8GB 内存
• 预先安装 sysbench 和 sysstat 包， 如 apt install sysbench sysstat

正式操作开始前， 你需要打开三个终端， 登录到同⼀台 Linux 机器中， 并安装好上⾯提到的两个软件包。

另外注意， 下⾯所有命令， 都默认以 root ⽤户运⾏。 所以， 如果你是⽤普通⽤户登陆的系统， 记住先运⾏ sudo su root 命令切换到 root ⽤户。

安装完成后， 你可以先⽤ vmstat 看⼀下空闲系统的上下⽂切换次数：

# 间隔1秒后输出1组数据
$ vmstat 1 1
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
 r  b  swpd  free  buff  cache  si  so   bi   bo  in  cs us sy id wa st
 0  0    0 6984064  92668 830896   0   0   2   19  19  35  1  0 99  0  0

这⾥你可以看到， 现在的上下⽂切换次数 cs 是35， ⽽中断次数 in 是19， r和b都是0。 因为这会⼉我并没有运⾏其他任务， 所以它们就是空闲系统的上下⽂切换次数。

操作和分析

接下来， 我们正式进⼊实战操作。

⾸先， 在第⼀个终端⾥运⾏ sysbench ， 模拟系统多线程调度的瓶颈：

# 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

接着， 在第⼆个终端运⾏ vmstat ， 观察上下⽂切换情况：

# 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

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， 系统的就绪队列过⻓， 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 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 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
08:14:05        0         -     10552  18911.00 103740.00  |__sysbench
08:14:05        0         -     10553  18915.00 100955.00  |__sysbench
08:14:05        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， 上下⽂切换罪魁祸⾸， 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。

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
...

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（InterProcessor 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。 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⻓时， 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：

1. 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；
2. 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；
3. 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。

5、⼩结

总结⼀下， 不管是哪种场景导致的上下⽂切换， 你都应该知道：

1. CPU 上下⽂切换， 是保证 Linux 系统正常⼯作的核⼼功能之⼀， ⼀般情况下不需要我们特别关注。

2. 但过多的上下⽂切换， 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， 从⽽缩短进程真正运⾏的时间， 导致系统的整体性能⼤幅下降。