Linux性能優化實戰學習筆記：第三講

1、關於上下文切換的幾個爲何

一、 上下文切換是什麼？

上下文切換是對任務當前運行狀態的暫存和恢復

二、 CPU爲何要進行上下文切換？

當多個進程競爭CPU的時候，CPU爲了保證每一個進程能公平被調度運行，採起了處理任務時間分片的機制，
輪流處理多個進程，因爲CPU處理速度很是快，在人類的感官上認爲是並行處理，實際是"僞"並行，
同一時間只有一個任務在運行處理。

三、 上下文切換主要消耗什麼資源，爲何說上下文切換次數過多不可取？

根據 Tsuna 的測試報告，每次上下文切換都須要幾十納秒到到微秒的CPU時間，這些時間對CPU來講，
就比如人類對1分鐘或10分鐘的感受概念。在分秒必爭的計算機處理環境下，浪費太多時間在切換上，
只能會下降真正處理任務的時間，表象上致使延時、排隊、卡頓現象發生。

四、 上下文切換分幾種？

進程上下文切換、線程上下文切換、中斷上下文切換

五、 什麼狀況下會觸發上下文切換？

系統調用、進程狀態轉換(運行、就緒、阻塞)、時間片耗盡、系統資源不足、sleep、優先級調度、硬件中斷等

六、 線程上下文切換和進程上下文切換的最大區別？

線程是調度的基本單位，進程是資源擁有的基本單位，同屬一個進程的線程，發生上下文切換，

只切換線程的私有數據，共享數據不變，所以速度很是快。

七、 有哪些減小上下文切換的技術用例？

數據庫鏈接池（複用鏈接）、合理設置應用的最大進程，線程數、直接內存訪問DMA、零拷貝技術

 2、上下文切換過程詳解

一、進程上下文切換過程

(1)進程運行態爲內核運行態和進程運行態。內核空間態資源包括內核的堆棧、寄存器等；用戶空間態資源包括虛擬內存、棧、變量、正文、數據等

(2)系統調用(軟中斷)在內核態完成的，須要進行2次CPU上下文切換(用戶空間-->內核空間-->用戶空間)，不涉及用戶態資源，也不會切換進程。

(3)進程是由內核來管理和調度的，進程的切換隻能發生在內核態。因此，進程的上下文不只包括了用戶空間的資源，也包括內核空間資源。

(4)進程的上下文切換過程：

(a)接收到切換信號，掛起進程，記錄當前進程的虛擬內存、棧等資源存儲;
(b)將這個進程在 CPU 中的上下文狀態存儲於起來;
(c)而後在內存中檢索下一個進程的上下文;
(d)並將其加載到 CPU的寄存器中恢復;

　　(e)還須要刷新進程的虛擬內存和用戶棧;

　　(f)最後跳轉到程序計數器所指向的位置（即跳轉到進程被中斷時的代碼行），以恢復該進程。

(5)、下列將會觸發進程上下文切換的場景：

(a)、根據調度策略，將CPU時間劃片爲對應的時間片，當時間片耗盡，當前進程必須掛起。
(b)、資源不足的，在獲取到足夠資源以前進程掛起。
(c)、進程sleep掛起進程。
(d)、高優先級進程致使當前進度掛起
(e)、硬件中斷，致使當前進程掛起

二、線程上下文切換的 過程

(1)、不一樣進程之間的線程上下文切換，其過程和進程上下文切換大體相同。
(2)、線程內部的線程進上下文切換。不須要切換進程的用戶資源，只須要切換線程私有的數據和寄存器等。
這會比進程上下文進程切換消耗的資源少，因此多線程相比多進程的優點。

三、 中斷上下文切換，如何理解？

爲了快速響應硬件的事件(如USB接入)，中斷處理會打斷進程的正常調度和執行，轉而調用中斷處理程序，

響應設備事件。而打斷其它進程執行時，須要進行上下文切換。中斷事件過多，會無謂的消耗CPU資源，致使進程處理時間延長。

對於一個CPU來講，中斷處理比進程擁有更高的優先級

 3、課後思考題

一、題目

最後，我想邀請你一塊兒來聊聊，你所理解的CPU上下文切換，你能夠結合今天的內容，總結本身的思路和見解，寫下你的學習心得

二、經典留言

進程切換我想到了不少年前在銀行櫃檯辦理業務的情形。1：銀行分配各個窗口給來辦理業務的人2：若是隻有1個窗口開放（系統資源不足），大部分都得等3：若是正在辦理業務的忽然說本身不辦了（sleep）,那他就去旁邊再想一想（等）4：若是忽然來了個VIP客戶，能夠強行插隊5：若是忽然斷電了（中斷），都得等。。