cpu高的怎么回事(三)
概述
接着上篇cpu高的怎么回事(二)，通过一些实例继续分析性能问题的现象和原因，希望能给研发兄弟们一点点参考价值。
工具及版本
| 工具 | 版本 | |
|---|---|---|
| Arthas | 3.5.2 | |
| perf | 3.10.0-1160.31.1.el7.x86_64.debug | |
| JDK | 1.8.0_221 |
实例
通过代码来模拟下CPU切换的情况。这种情况下CPU又是怎样的一种表象？先了解下概念：
进程在竞争CPU的时候并没有真正运行，是CPU上下文切换导致平均负载升高。在每个任务运行前，CPU都需要知道任务从哪里加载、又从哪里开始运行，也就是说，需要系统事先帮他设置好CPU寄存器和程序计数器。
cpu寄存器是CPU内置的容量小、但速度极快的内存。而程序计数器，则是 用来存储CPU正在执行的指令位置、或者即将执行的下一条指令位置。他们都是CPU在运行任何任务前，必须的依赖环境，因此也被叫做CPU上下文。
CPU上下文切换，就是先把前一个任务的CPU上下文（也就是CPU寄存器和程序计数器）保存起来，然后加载新任务的上下文到这些寄存器和程序计数器，最后再跳转到程序计数器所指的新位置，运行新任务。而这些保存下来的上下文，会存储在系统内核中，并在任务重新调度之行时候再次加载进来，这样就能保证任务原来的状态不受影响，让任务看起来还是连续运行。
根据任务的不同，cpu的上在问切换可以分为几个不同的场景，也就是进程上下文切换、线程上下文切换、中断上下文切换。
Linux按照特权等级，把进程的运行空间分为内核空间和用户空间，分别对应下图中的Ring 0和Ring 3。
内核空间（Ring 0）具有最高权限，可以直接访问所有资源。
用户空间（Ring 3）只能访问受限资源，不能直接访问内存等硬件设备，必须通过系统调用陷入到内核中，才能访问这些特权资源。
也就是说，进程既可以在用户空间运行，又可以在内核空间中运行。进程在用户空间运行时候，被称为进程 的用户态，而陷入内核空间的时候，被称为进程的内核态。
从用户态到内核态的转变，需要通过系统调用来完成。例如，当我们查看文件内容时候，就需要多次系统调用来完成：首先调用open()打开文件，然后调用read()读取文件内容，并调用write()将内容写出到标准输出，最后再调用close()关闭文件。系统调用的过程也需要CPU进行上下文切换。
CPU寄存器里原来用户态的指令位置，需要先保存起来。接着，为了执行内核状态代码，cpu寄存器需要更新为内核态指令的新位置，最后才是跳转到内核态运行内核任务。系统调用结束后，CPU寄存器需要恢复原来保存的用户态，然后再切换到用户空间，继续运行进程。所以，一次系统调用的过程，其实时发生了两次CPU上下文切换。
好了，接下来主要是演示线程上下文切换。
CPU切换
1，先用java代码实现一个多线程切换的例子，并部署到服务器上，并触发cpu切换的场景。这是查看下cpu的使用情况，如下图所示
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当然你也可以不用写这些例子，直接使用stress\sysbench等工具运行压测，从而深刻了解CPU上下文切换的现象。
sudo yum install -y epel-release
sudo yum install -y stress
stress -c 2 --timeout 600
yum install -y sysbench
sysbench --threads=10 --max-time=600 threads run
2，使用vmstat、pidstat、perf、pstree分析下，看看我们能发现点什么现象。
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如下图所示，我们可以从vmstat工具监控可以看到in、cs等指标飙高了，cpu发生了大量的中断和切换。通过perf可以看到系统在大量调用wake、wait方法。
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但我们使用pidstat的时候发现并没有切换的情况？这是因为这里没有统计线程的切换。所以我们需要添加-t去观察，如下图所示，可以看到java线程的切换情况。
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除此之外，我们发现大量cpu上下文切换的时候，会导致rcu_sched守护进程主动切换飙高。
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这里我们通过pstree来看下rcu_sched进程的情况，额，没得一点提示~~~
yum install psmisc -y
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3，接下来使用top+jstack\Arthas分析下。
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如下图所示，通过top -Hp 分析找到对应的耗时高的线程，然后通过jstack去分析java栈的情况。发现通过cpu耗时最高的线程id不是对应的java线程切换的方法，而正确的线程id确是占用cpu不高的25981线程，通过这里可以反应出：当因为cpu切换导致cpu飙高，通过top+jstack分析有时候并不能根据cpu耗时最高的线程id去定位代码。
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Arthas分析也是，cpu占用较高的是我们上一篇分析的Full GC线程。cpu切换的线程处于WAITING阶段。
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