CPU 上下文切换是保证 Linux 系统正常运行的核心功能。可分为进程上下文切换、线程上下文切换和中断上下文切换。
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对于服务器系统来说,上下文切换也是影响系统性能的一个重要因素。深入理解上下文切换的原理,有利于我们做好性能优化工作。今天我将带大家了解下上下文切换的几种情形,以及其背后发生切换的具体信息,接着介绍一些监测上下文切换指标的工具,最后总结一些上下文切换异常可能得场景。
所以我们会比较好了解CPU密集型,需要大量计算资源,会非常消耗cpu,I/O密集型需要等待I/O,会有大量的不可中断进程,
CPU上下文其实是一些环境正是有这些环境的支撑,任务得以运行,而这些环境的硬件条件便是CPU寄存器和程序计数器。CPU寄存器是CPU内置的容量非常小但是速度极快的存储设备,程序计数器则是CPU在运行任何任务时必要的,里面记录了当前运行任务的行数等信息,这就是CPU上下文。
进程是我们开发同学非常熟悉的概念,我们可能也听说过进程上下文切换开销。那么今天让我们来思考一个问题,究竟一次进程上下文切换会吃掉多少CPU时间呢?线程据说比进程轻量,它的上下文切换会比进程切换节约很多CPU时间吗?带着这些疑问,让我们进入正题。
根据任务的不同,CPU 的上下文切换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、中断上下文切换。
上下文切换(有时也称为进程切换或任务切换):是指CPU从一个进程//线程切换到另一个进程/线程。
在 Linux 操作系统中,进程的运行空间被划分为内核空间和用户空间,这种划分是为了保护系统的稳定性和安全性。这两个空间对应着 CPU 的特权等级,分别为 Ring 0(内核态)和 Ring 3(用户态)。本文将深入介绍这两个空间的概念、特权等级的含义以及它们之间的切换机制。
我们都知道 Linux 是一个多任务操作系统,它支持的任务同时运行的数量远远大于 CPU 的数量。当然,这些任务实际上并不是同时运行的(Single CPU),而是因为系统在短时间内将 CPU 轮流分配给任务,造成了多个任务同时运行的假象。
我们都知道 Linux 是一个多任务操作系统,它支持的任务同时运行的数量远远大于 CPU 的数量。 当然,这些任务实际上并不是同时运行的(Single CPU),而是因为系统在短时间内将 CPU 轮流分配给任务,造成了多个任务同时运行的假象。 CPU 上下文(CPU Context) 在每个任务运行之前,CPU 需要知道在哪里加载和启动任务。这意味着系统需要提前帮助设置 CPU 寄存器和程序计数器。 CPU 寄存器是内置于 CPU 中的小型但速度极快的内存。程序计数器用于存储 CPU 正在执行的或下一条要
我们都知道 Linux 是一个多任务操作系统,它支持的任务同时运行的数量远远大于 CPU 的数量。
我们都知道 Linux 是一个多任务操作系统,它支持的任务同时运行的数量远远大于 CPU 的数量。当然,这些任务实际上并不是同时运行的(Single CPU),而是因为系统在短时间内将 CPU 轮流分配给任务,造成了多个任务同时运行的假象。 CPU 上下文(CPU Context) 在每个任务运行之前,CPU 需要知道在哪里加载和启动任务。这意味着系统需要提前帮助设置 CPU 寄存器和程序计数器。 CPU 寄存器是内置于 CPU 中的小型但速度极快的内存。程序计数器用于存储 CPU 正在执行的或下一条要执行
本系列是从入门到转型之Linux性能优化实践学习指南,是博主学习Linux性能优化之路的精华版本,我将分享大量性能优化的思路和方法,并进行相应工具使用介绍和总结。
进程是并发环境下,一个具有独立功能的程序在某个数据集上的一次执行活动,它是操作系统进行资源分配和保护的基本单位,也是执行的单位。
什么是零拷贝 维基上是这么描述零拷贝的:零拷贝描述的是CPU不执行拷贝数据从一个存储区域到另一个存储区域的任务,这通常用于通过网络传输一个文件时以减少CPU周期和内存带宽。 零拷贝给我们带来的好处: 减少甚至完全避免不必要的CPU拷贝,从而让CPU解脱出来去执行其他的任务 减少内存带宽的占用 通常零拷贝技术还能够减少用户空间和操作系统内核空间之间的上下文切换 Linux系统的“用户空间”和“内核空间” 从Linux系统上看,除了引导系统的BIN区,整个内存空间主要被分成两个部分:内核空间(Ke
在多任务操作系统中,为了提高CPU的利用率,可以让当前系统运行远多于CPU核数的线程。但是由于同时运行的线程数是由CPU核数来决定的,所以为了支持更多的线程运行,CPU会把自己的时间片轮流分给其他线程,这个过程就是上下文切换。 导致上下文切换的原因有很多,比如通过wait()、sleep()等方法阻塞当前线程,这时CPU不会一直等待,而是重新分配去执行其他线程。当后续CPU重新切换到当前线程时,CPU需要沿着上次执行的指令位置继续运行。因此,每次在CPU切换之前,需要把CPU寄存器和程序计数器保存起来,这些信息会存储到系统内核中,CPU再次调度回来时会从系统内核中加载并继续执行。简而言之,上下文切换,就是CPU把自己的时间片分配给不同的任务执行的过程。
根据任务的不同 CPU上下文切换可以分为进程上下文切换 线程上下文切换和中断上下文切换
vmstat是一个很全面的性能分析工具,可以观察到系统的进程状态、虚拟内存使用、磁盘的IO、中断、上下文切换、CPU使用等情况。在操作系统性能分析中,能100%理解vmstat输出的含义并灵活应用,是性能分析必备的基本能力。
上一篇推文《百万并发「零拷贝」技术系列之初探门径》中的示例告诉我们:传统的I/O操作读取文件并通过Socket发送,需要经过4次上下文切换、2次CPU数据拷贝和2次DMA控制器数据拷贝,如下图
CPU依次处理上述任务的调度方法是切换。切换分为“进程切换”“线程切换”和“中断切换”。中断切换即在本节“软中断与硬中断”中提及的,当系统中有非常重要的请求来临,CPU停止手头工作,触发硬中断。“进程切换”和“线程切换”,在切换前都要调取上次保存的信息,在切换后都要保存当前的信息。“进程切换”和“线程切换”合在一起叫做上下文切换(context switches)。图3-21为当前仅有2个任务等待CPU处理下的进程下文切换。
pidstat:是一个常用的进程性能分析工具,用来实时查看进程的 CPU、内存、I/O 以及上下文切换等性能指标。
对于性能来说,cpu的调度逻辑是影响性能的主要来源,本文主要来介绍下cpu跟性能相关的调度逻辑和排障工具。
即,不同线程之间的切换。 是存储和恢愎CPU 状态的过程,它使得线程执行能够从中断恢愎执行。 上下文切换是需要开销的。
曾经有一份丰厚的报酬摆在我面前,我没有珍惜。直到失去之后我才意识到,我可以会写线程上下文切换。 如果客户能给我一次重新组织语言的机会,我要跟他说三个字:“我会写!!!”
JDK源码中很多Native方法,特别是多线程、NIO部分,很多功能需要操作系统功能支持,作为Java程序员,如果要理解和掌握多线程和NIO等原理,就需要对操作系统的原理有所了解。
零拷贝(Zero-Copy)是一个大家耳熟能详的概念,那么,具体有哪些框架会使用到零拷贝呢?在思考这个问题之前,让我们先一起探寻一下零拷贝机制的底层原理。
r 表示运行队列(就是说多少个进程真的分配到CPU),我测试的服务器目前CPU比较空闲,没什么程序在跑,当这个值超过了CPU数目,就会出现CPU瓶颈了。这个也和top的负载有关系,一般负载超过了3就比较高,超过了5就高,超过了10就不正常了,服务器的状态很危险。top的负载类似每秒的运行队列。如果运行队列过大,表示你的CPU很繁忙,一般会造成CPU使用率很高。
维基百科中有介绍,在传统的方式里面,读取并通过网络发送一个文件在每次读或者写时都需要两次数据拷贝和两次上下文切换。其中的一次数据拷贝是通过CPU来完成的。通过zero-copy来传送文件可以将上下文切换减少到两次并且 可以消除所有的cpu数据拷贝。原文如下:
CPU使用率:CPU的使用率 平均负载:单位时间内的活跃线程数 用户时间:CPU在用户进程上的实际百分比 系统时间:CPU在内核上花费的实际百分比 空闲时间:系统处于在等待IO操作上的时间总和 等待:CPU花费在等待IO操作上的时间总和 Nice时间:CPU优先执行的时间百分比
目录 1.什么是CPU上下文切换 2.CPU上下文切换的类型 3.如何查看系统中的上下文切换 4.案例 5.总结 ---- 读过倪朋飞的《Linux性能优化实战》经常说的 CPU 上下文切换是什么意思
零拷贝经常在各个框架使用,比如kafka,rocketmq,都起到了很好的作用,首先我们要知道零拷贝不是没有一次拷贝,是尽可能的减少拷贝。
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,一次系统调用可以实现用户态和内核态的切换
大白话解释,零拷贝就是没有把数据从一个存储区域拷贝到另一个存储区域。但是没有数据的复制,怎么可能实现数据的传输呢?其实我们在java NIO、netty、kafka遇到的零拷贝,并不是不复制数据,而是减少不必要的数据拷贝次数,从而提升代码性能
CPU中的控制单元,控制指令执行的顺序,并不是按照先后顺序执行,而是按照优先级顺序
从CPU发明到现在,有非常多种架构,从我们熟悉的X86,ARM,到不太熟悉的MIPS,IA64等
https://blog.tsunanet.net/2010/11/how-long-does-it-take-to-make-context.html 这是一个非常有趣的问题,我非常乐意花点时间来
在前一章节中,我们了解了DMA技术在文件传输中的重要性,并简要介绍了零拷贝技术。为了提高文件传输的性能,我们需要减少用户态与内核态之间的上下文切换次数以及内存拷贝次数。本章将深入探讨零拷贝技术的优化方法,让我们一起走进零拷贝的优化之路!
前面的几篇文章里讨论过了进程上下文切换和系统调用对系统性能的影响,我们今天再来看另外一个CPU吃货,那就是软中断。
从鸟嘴到鸟大肠,整个过程是串行的。虽然有些曲折,但方向是单一的,出口是一定的。只要鸟能够克服一些心理上的不悦,它就能办得到。
我们以用户通过网络读取一个本地磁盘上文件为例,在说零拷贝之前,我们先要说说一个普通的IO操作是怎样做的
平时在面试中你肯定会经常碰见的问题就是:RocketMQ为什么快?Kafka为什么快?什么是mmap?
本文作者:allenxguo,腾讯 QQ 音乐后台开发工程师 本文主要帮助理解 CPU 相关的性能指标,常见的 CPU 性能问题以及解决方案梳理。 系统平均负载 简介 系统平均负载:是处于可运行或不可中断状态的平均进程数。 可运行进程:使用 CPU 或等待使用 CPU 的进程 不可中断状态进程:正在等待某些 IO 访问,一般是和硬件交互,不可被打断(不可被打断的原因是为了保护系统数据一致,防止数据读取错误) 查看系统平均负载 首先top命令查看进程运行状态,如下: PID USER
在高性能编程时,经常接触到多线程. 起初我们的理解是, 多个线程并行地执行总比单个线程要快, 就像多个人一起干活总比一个人干要快. 然而实际情况是, 多线程之间需要竞争IO设备, 或者竞争锁资源,导致往往执行速度还不如单个线程. 在这里有一个经常提及的概念就是: 上下文切换(Context Switch). 上下文切换的精确定义可以参考: http://www.linfo.org/context_switch.html。下面做个简单的介绍. 多任务系统往往需要同时执行多道作业.作业数往往大于机器的CPU数,
我们知道,在并发程序中,并不是启动更多的线程就能让程序最大限度地并发执行。线程数量设置太小,会导致程序不能充分地利用系统资源;线程数量设置太大,又可能带来资源的过度竞争,导致上下文切换带来额外的系统开销,今天我们就来谈下线程的上线文切换。
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