我們?cè)谥鳈C(jī)監(jiān)控CPU的時(shí)候，有一個(gè)比較重要的監(jiān)控項(xiàng)是CPU的上下文切換，那么什么是CPU的上下文切換呢？這個(gè)監(jiān)控指標(biāo)有什么意義呢？

CPU上下文切換監(jiān)控

CPU上下文切換（Context Switch）是指操作系統(tǒng)在多個(gè)進(jìn)程或線程之間切換執(zhí)行權(quán)時(shí)，保存和恢復(fù)CPU上下文的過(guò)程。每次切換發(fā)生時(shí)，操作系統(tǒng)都會(huì)做以下幾件事：

1. 保存當(dāng)前任務(wù)狀態(tài)

服務(wù)器當(dāng)前正在執(zhí)行的進(jìn)程（或線程）的所有相關(guān)資源信息，如程序計(jì)數(shù)器（PC，指示下一條要執(zhí)行的指令地址）、寄存器、堆棧等用戶態(tài)下的內(nèi)容會(huì)被存儲(chǔ)到該進(jìn)程的進(jìn)程控制塊（PCB）中。

2. 加載下一個(gè)任務(wù)的狀態(tài)

操作系統(tǒng)從待運(yùn)行隊(duì)列中選擇一個(gè)新任務(wù)，并將其之前保存在PCB中的上下文信息重新加載到CPU寄存器中。

3. 更新內(nèi)存管理信息

如果涉及虛擬內(nèi)存，則還需要更新頁(yè)表等相關(guān)內(nèi)存管理信息。

CPU上下文切換次數(shù)過(guò)高可能會(huì)帶來(lái)以下問(wèn)題

1.性能損耗

上下文切換本身是有開(kāi)銷(xiāo)的，它包括了保存和恢復(fù)上下文的時(shí)間以及調(diào)度算法的選擇時(shí)間。頻繁的上下文切換會(huì)導(dǎo)致CPU將大量時(shí)間花費(fèi)在處理這些內(nèi)核操作上，而非實(shí)際執(zhí)行計(jì)算任務(wù)，從而降低整體系統(tǒng)的吞吐量。

2.緩存失效

每次上下文切換后，CPU緩存（如L1/L2緩存）很可能因?yàn)槿蝿?wù)切換而失效，新的任務(wù)需要重新填充緩存，這會(huì)增加內(nèi)存訪問(wèn)延遲。

3.響應(yīng)延遲

對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用，頻繁的上下文切換可能導(dǎo)致進(jìn)程響應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)，影響服務(wù)質(zhì)量。

4.資源爭(zhēng)搶

如果過(guò)多的線程爭(zhēng)奪CPU資源進(jìn)行上下文切換，而不是有效利用CPU執(zhí)行時(shí)間，可能導(dǎo)致“線程饑餓”現(xiàn)象，即某個(gè)線程長(zhǎng)時(shí)間得不到調(diào)度執(zhí)行。

5.I/O密集型與計(jì)算密集型任務(wù)混合時(shí)的問(wèn)題

在有大量并發(fā)且大部分線程等待I/O操作的情況下，過(guò)度的上下文切換會(huì)使CPU無(wú)法充分利用，因?yàn)椴粩嘣诘却齀/O完成的線程間切換，而非持續(xù)處理計(jì)算任務(wù)。

所以我們減少不必要的上下文切換是非常重要的，例如合理設(shè)置線程池大小、避免無(wú)意義的阻塞操作、使用非阻塞I/O模型等技術(shù)手段都可以幫助減少上下文切換帶來(lái)的負(fù)面影響。