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Linux学习笔记四:进程调度&上下文切换&CPU总结

sinye56 2024-12-13 16:06 9 浏览 0 评论

一、进程状态

R状态:Running 正在运行或者Runnable等待运行,在cpu的就绪队列中

S状态:两种sleeping,一个可中断、一个不可中断(D状态,D就是vmstat的b那一列)

Z状态:父进程未回收子进程的资源,子进程变为僵尸状态

T状态:正在做什么,进程被暂停,例如正在运行top命令,然后按了ctrl+c

二、进程调度

背景:现在都是多任务、多进程的操作系统,多个进程(用户进程+系统进程)在操作系统中运行时,必然会存在这些进程要同时使用、并且争夺CPU资源,因此就要求有一个进程调度程序按一定的策略,动态地把cpu分配给处于就绪队列中的某一个进程,以使之执行。

1、调度:多个进程都在内存中,都需要运行,CPU现在处理A进程,一会儿再接管B进程,在A与B之间,或者C、D等进程不断重复接管、运行,就叫调度

2、调度程序:让CPU控制谁、接管谁

3、调度程序的功能:切换上下文

4、当cpu空闲,调度程序就要从内存中选择一个能够执行的进程,为其分配cpu

5、什么时候会发生调度?

  • 分配到的CPU时间片用完了,进程会被挂起,轮流分配,被调度
  • 与进程优先级有关,进程会被挂起,被调度
  • 进程进入睡眠状态,进程会被挂起,被调度
  • 等待资源,资源不足,进程会被挂起,被调度

三、上下文切换context switch

3.1 什么是上下文

存储CPU正在执行的指令位置下一条指令位置(寄存器、程序计数器)

3.2 什么是上下文切换

保存上一个任务进程的上下文到内核,加载新任务进程的上下文,且运行新任务,再次调度上一个任务,看起来是连续运行


3.3 上下文切换与性能的关系

切换次数多,cpu时间花费在保存上下文上面

3.4 上下文切换多少算高?

  • 系统上下文切换次数趋势稳定【一般cs和in是相匹配的,in中断导致的cs上下文切换】,就没有问题
  • 出现突然增长,或者超过1万次以上,就要分析
  • 上下文切换多,出现的原因【一般都是应用进程本身的问题,出现问题的情况比较少】:

1)就是进程在等待资源,需要进一步监控内存、I/O

2)cpu本身的瓶颈

3)同时中断次数多,去分析中断处理程序,查看/proc/interrupts,cpu处理中断的分布,进一步分析中断的原因

注:中断in导致的上下文切换(查看/proc/interrupts,cpu处理中断的分布)、进程上下文切换、线程上下文切换(可以使用iotop,看哪个线程占用的io多,在dump对应的线程堆栈)

四、CPU总结

cpu监控的结论:

us、ni高:说明用户态进程占用了较多的cpu,所以应该着重排查进程的性能问题。【例如:应用程序的bug需要修复优化、kill掉无关进程、或nginx进程分配多核cpu这种设置,或将进程绑定到cpu,避免进程在多cpu上切换】

sy高:说明内核态进程占用了较多的CPU,所以应该着重排查内核线程或者系统调用的性能问题。

wa高:说明等待I/O的时间比较长,进一步监控IO使用率,繁忙程度,iotop,dstat,sar -d等。这个值不一定说明当前系统I/O出现问题,能导致CPU I/O wait 值升高,原因可能是:1)系统有未完成的IO正在处理,这个IO处理时间可能会比较长,但不一定说明磁盘IO到了瓶颈;2)进程因为等待IO完成而处于不可中断的睡眠状态,CPU此时是空闲状态

si高:说明软中断处理程序占用了较多的cpu,排查网络

hi高:应该着重排查内核中的中断服务程序,如:查看中断次数、中断的分配(/proc/interrupts)

cpu是否有瓶颈?

不能简单的看负载,也不能简单的看cpu占用

负载是否高,同时响应时间较慢,重启服务,仍然很快负载变高,响应时间变慢,多次重现,说明cpu是存在瓶颈的。

1、应用程序问题,导致CPU瓶颈

2、CPU本身资源不足,需要增加cpu资源

3、其他优化,例如设置nginx进程分配到多核CPU提升性能

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