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16.2 How would you measure the time spent in a context switch?

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上下文轉(zhuǎn)換發(fā)生在兩個進(jìn)程之間，比如讓一個等待進(jìn)程進(jìn)入執(zhí)行和讓一個運行進(jìn)程進(jìn)入等待，這些在多任務(wù)中發(fā)生。操作系統(tǒng)需要把等待進(jìn)程的信息放入內(nèi)存和把當(dāng)前運行的進(jìn)程信息保存下來。為了解決這個問題，我們記錄在切換進(jìn)程時的最后和第一個指令的時間點，比如我們有兩個進(jìn)程P1和P2，P1在執(zhí)行P2在等待，當(dāng)我們切換P1和P2時，假設(shè)發(fā)生在P1的第N個指令，我們用t_x,k來表示進(jìn)程x的第k個指令的時間點，那么切換的時間為t_2,1-t_1,n。

那么問題是我們怎么知道什么時候轉(zhuǎn)換發(fā)生，我們又不能記錄進(jìn)程的每個指令的時間點。另外還有轉(zhuǎn)換是由操作系統(tǒng)的安排算法管理的，而且有很多核心線程也要用上下文轉(zhuǎn)換。其他進(jìn)程也可能競爭CPU或內(nèi)核處理中斷。用戶不能控制外部的上下文轉(zhuǎn)換，比如在時間t_1,n，內(nèi)核決定處理中斷，那么上下文轉(zhuǎn)換的時間就會延長。為了克服這些困難，我們需要建立一個上下文使得P1執(zhí)行完，P2馬上就能運行。我們可以建立一個數(shù)據(jù)通道Data Chanel，例如管道Pipe，在P1和P2之間，就像兩個進(jìn)程在打乒乓球，使用數(shù)據(jù)權(quán)標(biāo)Data Token。

我們讓P1當(dāng)發(fā)送者，P2當(dāng)接受者。開始時，P2在等待，當(dāng)P1執(zhí)行了，它發(fā)送了數(shù)據(jù)權(quán)標(biāo)給P2，然后等著讀取一個回執(zhí)。但是由于P2還沒能執(zhí)行，所以P1沒有回執(zhí)，進(jìn)行被阻礙了，釋放了CPU。上下文轉(zhuǎn)換發(fā)生了，任務(wù)分配器必須選另一個進(jìn)程執(zhí)行，且P2處于準(zhǔn)備執(zhí)行狀態(tài)。當(dāng)P2運行了，P1和P2的角色互換了，P2現(xiàn)在是發(fā)送者而P1是接受者，當(dāng)P2發(fā)回執(zhí)給P1，整個過程就完成了：

1. P2等待P1發(fā)送消息。

2. P1記錄時間點。

3. P1給P2發(fā)送消息。

4. P1試圖讀取回執(zhí)，這包括了一個上下文轉(zhuǎn)換。

5. P2準(zhǔn)備就緒并接到了消息。

6. P2發(fā)送回執(zhí)給P1。

7. P2嘗試讀取P1的回執(zhí)，這包括了一個上下文轉(zhuǎn)換。

8. P1準(zhǔn)備就緒且接到了消息。

9. P1記錄時間點。

那么步驟2到9之間的時間差T，表示為T = 2 * (T_d + T_c + T_r)，其中T_d和T_r表示發(fā)送和接受消息時間，T_c表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時間。那么現(xiàn)在問題是要求T_d + T_r的值，即為P1發(fā)送信息給自己到接受到消息的時間，這不包括狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時間因為是發(fā)給自己。由于可能存在的未知中斷，所以我們需要重復(fù)多次，取最小的T_c當(dāng)做結(jié)果。

這也只是一個近似結(jié)果，因為我們這么做有個假設(shè)就是當(dāng)P2接到消息后馬上就開始運行，這得根據(jù)任務(wù)分配器的實現(xiàn)方法，所以只是個近似值。

CareerCup All in One 題目匯總

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的[CareerCup] 16.2 Measure Time in a Context Switch 测量上下文转换的时间的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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