上一篇中講了stress用來(lái)模擬常見(jiàn)壓力測(cè)試的選項(xiàng)：

RobotCode俱樂(lè)部：《Linux性能優(yōu)化實(shí)戰(zhàn)》之CPU性能篇（四）?zhuanlan.zhihu.com

這一篇的主題是：CPU上下文切換 之 進(jìn)程上下文切換。

那么什么是 CPU上下文切換。簡(jiǎn)而言之，就是一個(gè)進(jìn)程放棄對(duì)CPU的占用，讓出其使用權(quán)，給其進(jìn)程使用，此間發(fā)生的對(duì)當(dāng)前進(jìn)程的執(zhí)行狀態(tài)與現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，從而可以加載新的進(jìn)程，這個(gè)過(guò)程就是CPU上下文切換。

那么CPU的上下文切換可以分為幾種類型？

根據(jù)場(chǎng)景不同，可以分為3種類型：

進(jìn)程上下文切換

線程上下文切換

中斷上下文切換

那么這幾種切換，哪種對(duì)CPU的平均負(fù)載影響最大？首先需要明白這幾種切換時(shí)，CPU都干了些什么事。

進(jìn)程上下文切換

Linux按照特權(quán)等級(jí)，把進(jìn)程的運(yùn)行空間分為內(nèi)核空間與用戶空間。內(nèi)核空間具有最高權(quán)限，可以直接訪問(wèn)所有資源；用戶空間只能訪問(wèn)受限資源，要想訪問(wèn)其他不能直接訪問(wèn)的資源需要通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用的方式陷入內(nèi)核中，此時(shí)相當(dāng)于內(nèi)核代替其執(zhí)行一些資源的訪問(wèn)。（這里有個(gè)問(wèn)題，普通進(jìn)程通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用就能訪問(wèn)之前自己對(duì)受限的資源，那 普通進(jìn)程和 內(nèi)核 好像沒(méi)有區(qū)別了？后面會(huì)寫這個(gè)疑問(wèn)）

這里要引入的問(wèn)題是 一次系統(tǒng)調(diào)用 引起幾次CPU上下文切換？

在系統(tǒng)調(diào)用前，為了執(zhí)行內(nèi)核態(tài)的代碼，需要先將用戶態(tài)的 運(yùn)行環(huán)境保存起來(lái)，CPU調(diào)入內(nèi)核態(tài)代碼，此時(shí)發(fā)生一次CPU上下文切換。之后，系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行完后，又要返回到用戶態(tài)，此時(shí)又要此前保存的用戶態(tài)運(yùn)行環(huán)境重新調(diào)入CPU，再次執(zhí)行，又發(fā)生了一次CPU上下文切換。

還有個(gè)問(wèn)題，進(jìn)程上下文切換 和 系統(tǒng)調(diào)用的上下文切換 是什么區(qū)別？

進(jìn)程上下文切換，是指從一個(gè)進(jìn)程切換到另一個(gè)進(jìn)程運(yùn)行，而系統(tǒng)調(diào)用過(guò)程中一直是同一個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行，不會(huì)涉及虛擬內(nèi)存等進(jìn)程用戶態(tài)的資源。系統(tǒng)調(diào)用過(guò)程一般稱之為 特權(quán)模式切換，而不是CPU上下文切換，但是系統(tǒng)調(diào)用的過(guò)程中 CPU的上下文切換是無(wú)法避免的！

所以進(jìn)程的上下文切換就比系統(tǒng)調(diào)用多了一步，保存當(dāng)前進(jìn)程的內(nèi)核狀態(tài)和CPU寄存器之前，需要先把該進(jìn)程的虛擬內(nèi)存、棧等保存下來(lái)；而加載了下一進(jìn)程的內(nèi)核態(tài)后，還要刷新進(jìn)程的虛擬內(nèi)存和用戶棧。

Linux通過(guò)TLB管理虛擬內(nèi)存到物理內(nèi)存的映射關(guān)系，當(dāng)虛擬內(nèi)存更新后，TLB也需要刷新，內(nèi)存訪問(wèn)會(huì)隨之變慢，特別是在多處理器系統(tǒng)上，緩存是被多個(gè)處理器共享的，刷新緩存不僅會(huì)影響當(dāng)前處理器的進(jìn)程，也會(huì)影響共享緩存的其他處理器的進(jìn)程。

那么什么時(shí)候會(huì)發(fā)生進(jìn)程上下文切換？

Linux為了保證每個(gè)進(jìn)程被公平調(diào)度，CPU時(shí)間被劃分為一段段時(shí)間片，這時(shí)時(shí)間片再被輪流分配給各個(gè)進(jìn)程，當(dāng)某個(gè)進(jìn)程的時(shí)間片耗盡了，就會(huì)被系統(tǒng)掛起，切換到其他進(jìn)程；

在系統(tǒng)資源不足時(shí)，需要等待資源滿足后才可以運(yùn)行，這個(gè)時(shí)候進(jìn)程會(huì)被掛起，由系統(tǒng)調(diào)度其他進(jìn)程運(yùn)行；

當(dāng)進(jìn)程通過(guò)睡眠函數(shù)sleep這樣的方法將自己主動(dòng)掛起，自然也會(huì)重新調(diào)度；

當(dāng)有優(yōu)先級(jí)更高的進(jìn)程運(yùn)行時(shí)，為了保證高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程的運(yùn)行，當(dāng)前進(jìn)程會(huì)被掛起，由高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程來(lái)運(yùn)行；

發(fā)生硬件中斷時(shí)，CPU上的進(jìn)程會(huì)被中斷掛起，轉(zhuǎn)而執(zhí)行內(nèi)核中的中斷服務(wù)程序。

這一篇先碼這么多，下一篇討論 線程上下文切換。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的上下文保存 中断_Linux性能优化（CPU篇）（5）——CPU的上下文切换有几种类型？什么是进程上下文切换？...的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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