深入解析 Linux 上下文切换现象及优化策略

Linux 上下文切换是一种特殊的系统调用行动，它会影响操作系统的性能，因此深入解析其特性和优化策略是相当重要的。

简单来讲，Linux 上下文切换是指操作系统动态地调剂当前 CPU 履行的任务，从而实现程序多任务的运行和任务调度的能力，因此 Linux 上下文切换同样成为了程序多任务时 CPU 调度的痕迹，它是一种必要的副作用。

Linux 上下文切换的进程包括 5 个关键步骤，分别为保存 CPU 寄存器状态和内核栈状态，清除 CPU 状态，载入需要运行的新进程履行权，载入新进程的 CPU 寄存器状态和内核栈状态，完成进程切换。当上下文切换频繁产生时，会带来大量 CPU 负荷，对操作系统本身性能有很大影响，也会影响用户体验。

要优化 Linux 上下文切换，可以通过以下方式：

1. 通过减少特权级变化来减少上下文切换次数；

2. 使用进程分组管理和短时间片抢占以减少上下文切换，如使用户态调度器处理和改良异步内核和内核态调度；

3. 采取特殊的指令优化，如改良延迟内存访问的算法；

4. 重构模块以减少 Linux 上下文切换瓶颈；

5. 使用 goto 或 call 指令替换多级函数，以免每次调用都要切换上下文；

6. 使用 Linux 自带的工具来分析和优化 Linux 上下文切换状态，例如SystemTap，strace，ltrace 和 perf。

通过深入分析 Linux 上下文切换现象及实行优化策略，可以有效地提高系统的运行效力，改良用户体验，也能够有效地节俭系统开消。