系统技术非业余研究

我们在系统调优或者定位问题的时候，经常会发现多线程程序的效率很低，但是又不知道问题出在哪里，就知道上下文切换很多，但是为什么上下文切换，是谁导致切换，我们就不知道了。上下文切换可以用dstat这样的工具查看，比如：

$dstat
----total-cpu-usage---- -dsk/total- -net/total- ---paging-- ---system--
usr sys idl wai hiq siq| read  writ| recv  send|  in   out | int   csw 
  9   2  87   2   0   1|7398k   31M|   0     0 | 9.8k   11k|  16k   64k
 20   4  69   3   0   4|  26M   56M|  34M  172M|   0     0 |  61k  200k
 21   5  64   6   0   3|  26M  225M|  35M  175M|   0     0 |  75k  216k
 21   5  66   4   0   4|  25M  119M|  34M  173M|   0     0 |  66k  207k
 19   4  68   5   0   3|  23M   56M|  33M  166M|   0     0 |  60k  197k

#或者用systemtap脚本来看
$sudo stap -e 'global cnt; probe scheduler.cpu_on {cnt<<<1;} probe timer.s(1){printf("%d\n", @count(cnt)); delete cnt;}'
217779
234141
234759

每秒高达200k左右的的上下文切换， 谁能告诉我发生了什么? 好吧，latencytop来救助了!

它的官网：http://www.latencytop.org/

Skipping audio, slower servers, everyone knows the symptoms of latency. But to know what’s going on in the system, what’s causing the latency, how to fix it… that’s a hard question without good answers right now.

LatencyTOP is a Linux* tool for software developers (both kernel and userspace), aimed at identifying where in the system latency is happening, and what kind of operation/action is causing the latency to happen so that the code can be changed to avoid the worst latency hiccups.

它是Intel贡献的另外一个性能查看器，还有一个是powertop,都是很不错的工具.
Read more…

我们在做Linux服务器的时候经常会需要知道谁在做进程切换，什么原因需要做进程切换。 因为进程切换的代价很高，我给出一个LMbench测试出来的数字：
Context switching – times in microseconds – smaller is better
————————————————————————-
Host OS 2p/0K 2p/16K 2p/64K 8p/16K 8p/64K 16p/16K 16p/64K
ctxsw ctxsw ctxsw ctxsw ctxsw ctxsw ctxsw
——— ————- —— —— —— —— —— ——- ——-
my174.cm4 Linux 2.6.18- 6.1100 7.0200 6.1100 8.7400 7.7200 8.96000 9.62000

在我的很高端的服务器上，进程切换的开销在8us左右， 这个相对于高性能的服务器是不可接受的， 所以我们要在一个时间片内尽可能的多做事情，而不是把时间浪费在无谓的切换上。

好奇害死猫，我们来调查下谁在切换我们的进程：

[root@my174 admin]# dstat 1
----total-cpu-usage---- -dsk/total- -net/total- ---paging-- ---system--
usr sys idl wai hiq siq| read  writ| recv  send|  in   out | int   csw 
  0   0 100   0   0   0|   0     0 | 796B 1488B|   0     0 |1004   128 
  0   0 100   0   0   0|   0     0 | 280B  728B|   0     0 |1005   114 
  0   0 100   0   0   0|   0     0 | 280B  728B|   0     0 |1005   128 
  0   0 100   0   0   0|   0     0 | 280B  728B|   0     0 |1005   114 
  0   0 100   0   0   0|   0   320k| 280B  728B|   0     0 |1008   143 
...

我们可以看到 csw的数目是 120/S, 但是dstat或者vmstat类似的工具并没有告诉我们谁在干坏事。好吧！我们自己动手行吧。
祭出我们可爱的systemtap!

[root@my174 admin]# cat >cswmon.stp
#! /usr/bin/env stap
#
#

global csw_count
global idle_count

probe scheduler.cpu_off {
  csw_count[task_prev, task_next]++
  idle_count+=idle
}


function fmt_task(task_prev, task_next)
{
   return sprintf("%s(%d)->%s(%d)",
                                task_execname(task_prev), 
                                task_pid(task_prev), 
                                task_execname(task_next), 
                                task_pid(task_next))
}

function print_cswtop () {
  printf ("%45s %10s\n", "Context switch", "COUNT")
  foreach ([task_prev, task_next] in csw_count- limit 20) {
    printf("%45s %10d\n", fmt_task(task_prev, task_next), csw_count[task_prev, task_next])
  }
  printf("%45s %10d\n", "idle", idle_count)

  delete csw_count
  delete idle_count
}

probe timer.s($1) {
  print_cswtop ()
  printf("--------------------------------------------------------------\n")
}
CTRL+D

这个脚本会每隔设定的时间打印出TOP 20切换最多的进程和他的pid, 我们来看下结果把：

[root@my174 admin]# stap cswmon.stp 5
                               Context switch      COUNT
                swapper(0)->systemtap/11(908)        500
                systemtap/11(908)->swapper(0)        498
                swapper(0)->fct1-worker(2492)         50
                fct1-worker(2492)->swapper(0)         50
                swapper(0)->fct0-worker(2191)         50
                fct0-worker(2191)->swapper(0)         50
                      swapper(0)->bond0(3432)         50
                      bond0(3432)->swapper(0)         50
                      stapio(879)->swapper(0)         26
                      swapper(0)->stapio(879)         25
                      stapio(879)->swapper(0)         19
                      swapper(0)->stapio(879)         17
                   swapper(0)->watchdog/9(31)          5
                   watchdog/9(31)->swapper(0)          5
                    swapper(0)->mysqld(18346)          5
                    mysqld(18346)->swapper(0)          5
                  swapper(0)->watchdog/13(43)          5
                  watchdog/13(43)->swapper(0)          5
                  swapper(0)->watchdog/14(46)          5
                  watchdog/14(46)->swapper(0)          5
                                         idle        859
--------------------------------------------------------------
...

我们可以看到进程从哪里切换到哪里，并且发生了多少次， 最后一行，我打印出来idle的次数，也就是说这时候系统没啥事情做，就切换到idle(0)这个进程去休息去了。

通过上面的调查，我们会很清楚的了解到我们系统的开销发生在那里，方便我们定位问题。
玩的开心！