vmstat、sysbench、/proc/interrupts，性能压测

原创

拾牙慧者 2021-09-11 21:42:16 ©著作权

文章标签 linux 运维上下文切换数据缓存 文章分类 Java 后端开发

©著作权归作者所有：来自51CTO博客作者拾牙慧者的原创作品，请联系作者获取转载授权，否则将追究法律责任

如何查看系统的上下文切换情况

vmstat 是一个常用的系统性能分析工具,主要用来分析系统的内存使用情况,也常用来分析 CPU 上下文切换和中断的次数。

# 每隔 5 秒输出 1 组数据
vmstat 5
    procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
 r  b 交换 空闲 缓冲 缓存   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 0  0      0 8090200 959848 5225828    0    0    15    14  150  126  6  1 93  0  0
 0  0      0 8114904 959872 5201488    0    0     0   270 2056 7736  4  2 94  0  0

重点关注：

cs（context switch）：每秒上下文切换的次数

in（interrupt）：每秒中断的次数

r（running or runnable）：就绪队列长度，即正在运行和等待CPU的进程数

b（blocked）：处于不可中断睡眠状态的进程数

vmstat只给出系统总体的上下文切换情况，可以用pidstat -w查看每个进程上下文切换的情况。

重点关注：

cswch：每秒自愿上下文切换的次数，指的是进程无法获取所需资源导致的上下文切换，如I/O、内存等系统资源不足

ncswch：每秒非自愿上下文切换的次数，指的是时间片耗尽等其他原因，被系统强制调度发生的上下文切换，如大量进程抢夺CPU。

# 每隔5秒输出1组数据
dyy@dyy-Lenovo-ThinkBook-14-IIL:~$ pidstat -w 5
Linux 5.4.0-74-generic (dyy-Lenovo-ThinkBook-14-IIL)  2021年09月11日   _x86_64_(8 CPU)
19时36分03秒   UID       PID   cswch/s nvcswch/s  Command
19时36分08秒     0         1    259.28      0.20  systemd
19时36分08秒     0     22496      3.79      0.00  kworker/6:0-events
19时36分08秒     0     22508      2.20      0.00  kworker/4:3-events
19时36分08秒  1000     22606      0.20      0.00  pidstat

模拟压测

# 以 10 个线程运行 5 分钟的基准测试,模拟多线程切换的问题
$ sysbench --threads=10 --max-time=300 threads run

运行之后，在另外一个终端上可以看出：
cs突然增加了许多：

procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
 r  b 交换 空闲 缓冲 缓存   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 0  0      0 6177232 992200 6797896    0    0     0     0 2376 7604  6  2 92  0  0
 0  0      0 6191628 992208 6783560    0    0     0    52 2136 6504  4  2 94  0  0
 9  0      0 6206244 992208 6767868    0    0     0     0 2176 204091  6  9 84  0  0
 8  0      0 6205984 992208 6767608    0    0     0     0 3140 1344343 18 53 28  0  0
 7  0      0 6195676 992208 6778792    0    0     0     0 4403 1283034 19 54 27  0  0
 7  0      0 6194896 992208 6779332    0    0     0     0 4521 1370898 18 50 32  0  0
 3  0      0 6201196 992208 6773336    0    0     0     4 4633 1309928 19 50 31  0  0

r 列:就绪队列的长度变长所以肯定会有大量的 CPU 竞争。
us(user)和 sy(system)列:这两列的 CPU 使用率加起来上升到了 100%,其中系统 CPU 使用率,也就是 sy 列高达 84%,说明 CPU 主要是被内核占用了。
in 列:中断次数也上升到了 4000左右,说明中断处理也是个潜在的问题。

使用命令：

# 每隔 1 秒输出一组数据(需要 Ctrl+C 才结束)
# -wt 参数表示输出线程的上下文切换指标
$ pidstat -wt 1

sysbench 进程(也就是主线程)的上下文切换次数看起来并不
多,但它的子线程的上下文切换次数却有很多。

平均时间:   UID      TGID       TID   cswch/s nvcswch/s  Command
平均时间:     0         -     28411  48857.14  10855.95  |__sysbench
平均时间:     0         -     28412  49817.26  13526.39  |__sysbench
平均时间:     0         -     28413  48023.41  13608.33  |__sysbench
平均时间:     0         -     28414  48886.31  12581.94  |__sysbench
平均时间:     0         -     28415  48584.13  12016.27  |__sysbench
平均时间:     0         -     28416  47521.83  13308.93  |__sysbench
平均时间:     0         -     28417  48813.89  12481.55  |__sysbench
平均时间:     0         -     28418  49105.16  14612.70  |__sysbench
平均时间:     0         -     28419  50239.29  13927.38  |__sysbench
平均时间:     0         -     28420  47539.09  13134.33  |__sysbench

当然也可以通过下面命令查看高亮地区，即切换频繁的地区：

# -d 参数表示高亮显示变化的区域
$ watch -d cat /proc/interrupts

vmstat、sysbench、/proc/interrupts，性能压测_缓存
你可以发现,变化速度最快的是重调度中断(RES),这个中断类型表示,唤醒空闲状态的 CPU 来调度新的任务运行。这是多处理器系统(SMP)中,调度器用来分散任务到不同 CPU 的机制,通常也被称为处理器间中断(Inter-Processor Interrupts,IPI)。
所以,这里的中断升高还是因为过多任务的调度问题。

总结

自愿上下文切换变多了,说明进程都在等待资源,有可能发生了 I/O 等其他问题;
非自愿上下文切换变多了,说明进程都在被强制调度,也就是都在争抢 CPU,说明 CPU
的确成了瓶颈;
中断次数变多了,说明 CPU 被中断处理程序占用,还需要通过查看 /proc/interrupts 文
件来分析具体的中断类型。