Linux 内核中的上下文切换时间答案

【问题标题】：Context Switch Time in Linux KernelLinux 内核中的上下文切换时间
【发布时间】：2019-03-17 01:14:38
【问题描述】：

在 Linux Kernel 中，当处理器上下文从一个线程切换到另一个线程时，寄存器的状态会保存到 PCB 中，并且会进行更多的记录以确保可以再次加载准确的状态。

从内核内存中保存和加载寄存器的整个过程可能需要一些 CPU 周期。这个时间也是在用户 CPU / 系统 CPU 或其他地方

【问题讨论】：

【解决方案1】：

这样想：

一个任务正在用户空间运行，但发生了一些事情（系统调用、异常、IRQ...）导致任务切换到内核空间
内核计算“在用户空间中花费的时间”（now - last_time）并更新任务的“用户时间”计数器，并为以后设置“最后时间”（last_time = now）。
内核会做一些事情（最初取决于导致切换到内核空间的原因），并且在做一些事情时，它可能会或可能不会决定做一个或多个任务切换。当每个任务切换发生时，内核计算出前一个任务在内核中花费了多少时间（now - last time）并将其添加到任务的“系统时间”中并设置“最后时间”供以后使用（last_time = now）
内核最终决定当前运行的任务应该返回到用户空间，并在此之前立即对任务的系统时间进行最终更新（再次now - last time）并再次设置“最后一次”为稍后（last_time = now），以便内核稍后可以计算出“在用户空间中花费的时间”。
任务切换回用户空间后，回到上面的第一步，再做一遍。

【讨论】：

这个上下文切换时间（now - last_time）是针对哪个进程计算的。在上下文切换之前运行的进程/线程或在上下文切换之后运行的进程/线程。
@mridul_verma：如果任务切换的代价是Q；然后在任务切换期间，Q 的一部分（我将称之为R）将归属于前一个任务，然后剩余部分（Q - R）将归属于下一个任务。如果一个任务停止使用 CPU，然后又开始使用 CPU；该任务的总时间为(R) + (Q - R) = Q； R 的大小无关紧要。
@mridul_verma：请注意（对于现代多 GHz CPU）任务切换 (Q) 的总成本可能在几十纳秒范围内，因此任何暂时的不平衡都会在噪音。另请注意，我在这里谈论的是“直接成本”。实际上，“间接成本”（在任务切换后、内核返回用户空间后发生的 TLB 未命中和缓存未命中的成本）比“直接成本”要重要得多；并且这些间接成本归因于“用户时间”而不是“系统时间”（因为那是 TLB 未命中和缓存未命中发生的时间）。
这完全回答了我的问题。感谢您提供信息。

【解决方案2】：

那个时间肯定是在System CPU下。在系统调用和中断中花费的任何时间都应该在系统 CPU 下，而不是用户 CPU 下。用户 CPU 是在 ELF 和任何支持库中运行程序集所花费的时间——仅此而已。甚至 I/O 也算作系统 CPU。

查看第 1.8 节中的documentation，我们看到

- system: processes executing in kernel mode

当然，上下文切换访问内核级数据而不是用户级数据。因此，这段代码是在内核模式下运行的，我们可以根据他们的文档的合法性确定这被视为系统时间。

【讨论】：