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CPU-上下文切换,运行队列和使用率

原创 Linux操作系统 作者:kunshan2010 时间:2011-05-05 09:30:28 0 删除 编辑
关于CPU,有3个重要的概念:上下文切换(context switchs),运行队列(Run queue)和使用率(utilization)。

  上下文切换:

  目前流行的CPU在同一时间内只能运行一个线程,超线程的处理器可以在同一时间运行多个线程(包括多核CPU),Linux内核会把多核的处理器当作多个单独的CPU来识别。

  一个标准的Linux内核可以支持运行50~50000个进程运行,对于普通的CPU,内核会调度和执行这些进程。每个进程都会分到CPU的时间片来运行,当一个进程用完时间片或者被更高优先级的进程抢占后,它会备份到CPU的运行队列中,同时其他进程在CPU上运行。这个进程切换的过程被称作上下文切换。过多的上下文切换会造成系统很大的开销。

  运行队列

  每个CPU都会维持一个运行队列,理想情况下,调度器会不断让队列中的进程运行。进程不是处在sleep状态就是run able状态。如果CPU过载,就会出现调度器跟不上系统的要求,导致可运行的进程会填满队列。队列愈大,程序执行时间就愈长。

  关于时间片和动态优先级

  时间片对于CPU来说是很关键的参数,如果时间片太长,就会使系统的交互性能变差,用户感觉不到并行。如果太短,又会造成系统频繁的上下文切换,使性能下降。对于IO Bound的系统来讲并不需要太长的时间片,因为系统主要是IO操作;而对于CPU Bound的系统来说需要长的时间片以保持cache的有效性。

  每一个进程启动的时候系统都会给出一个默认的优先级,但在运行过程中,系统会根据进程的运行状况不断调整优先级,内核会升高或降低进程的优先级(每次增加或降低5),判断标准是根据进程处于sleep状态的时间。

  IO Bound进程大部分时间在sleep状态,所以内核会调高它的优先级,CPU Bound进程会被内核惩罚降低优先级。因此,如果一个系统上即运行IO Bound进程,又运行CPU Bound进程,会发现,IO Bound进程的性能不会下降,而CPU Bound进程性能会不断下降。

  经验总结:

  1. 对于每一个CPU来说运行队列不要超过3,例如,如果是双核CPU就不要超过6;

  2. 如果CPU在满负荷运行,应该符合下列分布,

  a) User Time:65%~70%

  b) System Time:30%~35%

  c) Idle:0%~5%

  3. 对于上下文切换要结合CPU使用率来看,如果CPU使用满足上述分布,大量的上下文切换也是可以接受的。

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