Linux系統效能分析核心概念（1）

在linux中，程序的狀態有2種：

可執行的：如果程序是可執行的，那就意味著它要和其它也是可執行的程序競爭cpu時間。

阻塞的：正在等待乙個事件的完成，阻塞程序可能在等待的是從i/o裝置來的資料，或者是系統呼叫的結果。

乙個可執行的程序不一定會使用cpu，但是當linux排程器決定下乙個要執行的程序時，它會從可執行的程序佇列種挑選。如果程序是可執行的，同時又在等待使用處理器，這些程序就構成了執行佇列。執行的佇列越長，處於等待狀態的程序就越多。

效能工具通常會給出可執行的程序個數和等待i/o的阻塞程序個數。

處理器一次只能執行乙個程序或執行緒。雖然有些處理器（比如超執行緒處理器）實際上可以同時執行多個程序，但是linux會把他們看作多個單執行緒處理器。如果要製造出給定單處理器同時執行多個任務的假象，linux核心就要不斷地在不同程序間切換。這種不同程序間的切換叫做上下文切換。

**上下文切換的開銷是非常大的。**因為當其發生時，cpu要儲存舊程序的大量資訊，包括程序正在執行的指令，分配給程序的記憶體，程序開啟的檔案等。這些上下文切換涉及大量資訊的移動，因此儘量減少上下文切換的次數是個好主意。

要避免上下文切換，重要的一點是了解他們如何發生的。首先，上下文切換可以是**核心排程的結果。**為了保證公平地給每個程序分配處理器時間，核心周期性地中斷正在執行的程序，在適當的情況下，核心排程器會決定開始另乙個程序，而不是讓當前程序繼續執行。每次這種週期性中斷或定時發生時，系統都可能進行上下文切換。每秒定時中斷的次數與架構和核心版本有關。

乙個檢測中斷頻率的簡單方法是用/proc/interrupts 檔案，它可以確定已知時長內發生的中斷次數。

[root@node1 ~]@ cat /proc/interrupts |
grep timer;
sleep 10;
cat /proc/interrupts |
grep timer
0: 115 io-apic-edge timer
loc: 276061 local timer interrupts
0: 115 io-apic-edge timer
loc: 276243 local timer interrupts

此外，處理器還周期性地從硬體裝置接受中斷。當裝置有事件需要核心處理時，它通常就會觸發這些中斷。比如，如果磁碟控制器剛剛完成從驅動器取資料塊的操作，並準備好提供給核心，那麼磁碟控制器就會觸發乙個中斷。這些中斷處理程式在系統種具有很高的執行優先順序，並且通常執行速度也很快。有時，中斷處理程式有工作要做，但是又不愮高優先順序，因此它可以啟動「下半部」，也就是所謂的軟中斷處理程式。如果有很多中斷，核心會花大量的時間服務這些中斷。檢視/proc/interrupts檔案可以顯示哪些cpu上觸發了哪些中斷。

在任何給定的時間內，cpu可以執行以下七件事情中的乙個:

cpu可以是空閒的，這意味著處理器實際上沒有任何工作，並且等待有任務可以執行。

cpu可以執行使用者**，即指定的「使用者」時間

cpu可以執行linux核心中的應用程式**，這就是「系統」時間；

cpu可以執行「比較友好」的或者優先順序被設定為低於一般程序的使用者**。

cpu可以處於iowait狀態：即系統正在等待i/o（如磁碟或網路）完成。

cpu可以處於irq狀態，即它正在用高優先順序**執行處理硬體中斷。

cpu可以處於softirq模式，即系統正在執行同樣由中斷觸發的核心**，只不過其執行於較低優先順序。

大多數效能工具將這些數值表示為佔cpu總時間的百分比。這些時間的範圍從0%到100%，但全部三項加起來等於100%。

如果系統在應該工作的時候花費了大量的時間處於iowait狀態，那它可能等待來自裝置的i/o。導致速度變慢的原因是磁碟、網絡卡或其它裝置。

Linux系統效能分析核心概念（1）

Linux系統效能分析

系統效能分析

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