CPU上下文頻繁切換會導致系統性能下降，切換分為進程切換、線程切換及中斷切換，進程切換的開銷較大，除了需要保存寄存器和程式計數器中的值還需保存全局變數、棧等到記憶體中，以便下次運行恢復，而同一進程中的線程切換開銷會小很多，只需更新寄存器和線程獨有的棧，共用資源如打開的文件、全局變數等無需切換，當硬體中... ...
CPU上下文切換包括進程上下文切換、線程上下文切換及中斷上下文切換，當任務進行io或發生時間片事件及發生中斷(如硬體讀取完成)時，就會進入內核態，發生CPU上下文切換。
- 進程上下文切換,進程的上下文信息包括， 指向可執行文件的指針, 棧, 記憶體(數據段和堆), 進程狀態, 優先順序, 程式I/O的狀態, 授予許可權, 調度信息, 審計信息, 有關資源的信息(文件描述符和讀/寫指針), 關事件和信號的信息, 寄存器組(棧指針, 指令計數器)等等，當發生進程切換時，這些保存在寄存器或高速緩存的信息需要記錄到記憶體，以便下次恢復進程的運行。
- 線程上下文切換，同一個進程的線程切換，只需保存線程獨有的信息，比如棧和寄存器，而共用的虛擬記憶體和全局變數則無需切換，因此切換開銷比進程小。
- 中斷上下文切換，中斷會打斷一個正常執行的進程而運行中斷處理程式，因為中斷處理程式是內核態進程，而不涉及到用戶態進程之間的切換，當被中斷的是用戶態進程時，不需保存和恢復這個進程的虛擬記憶體和全局變數，中斷上下文只包括中斷服務程式所需要的狀態，比如CPU寄存器、內核堆棧、硬體中斷等參數。
過多的上下文切換會導致將大量CPU時間浪費在寄存器、內核棧以及虛擬記憶體的保存和恢覆上，導致系統整體性能下降。可以用vmstat查看系統的整體上下文切換情況，如下圖1，空閑系統的上下文切換次數cs(context switch)為100多,中斷次數in(interrupt)為100多,在運行態r(running or runable)的進程數為2，在阻塞態的進程數b為0。
圖1 空閑系統上下文切換和中斷情況
案例:我們用sysbench來模擬多線程頻繁上下文切換的場景，並用vmstat、pidstat和/proc/interrupts來分析定位具體的線程。
用sysbench模擬10個線程，運行300s來觀察線程切換的頻繁場景,如下圖2所示。
圖2 大量線程切換場景模擬
用vmstat查看系統整體的上下文切換和中斷情況，如下圖3，可看到cs和in的數目和空閑的時候比增加了很多。
圖3 系統整體上下文切換情況
發現系統切換情況比較頻繁，可以用pidstat查看具體切換比較頻繁的線程，命令:pidstat -w -t 1,含義如下，
-w Report task switching activity (kernels 2.6.23 and later only). The following values may be displayed:
cswch/s
Total number of voluntary context switches the task made per second. A voluntary context switch occurs when a task blocks because it requires a resource that is unavailable.
每秒自願上下文切換次數，如等待io等。
nvcswch/s
Total number of non voluntary context switches the task made per second. A involuntary context switch takes place when a task executes for the duration of its time slice and then is
forced to relinquish the processor.
每秒非自願上下文切換次數，如時間片用完切換。
-t展示具體的線程情況。
結果如下圖4所示，可以看到，切換頻繁的線程是sysbench
圖4 線程切換情況
