与用户空间上下文切换相比，内核上下文切换有多贵？

Question

根据C10k和this paper，随着越来越多的客户端连接并创建越来越多的线程，每个连接1个线程的服务器的吞吐量会降低。根据这两个来源，这是因为存在的线程越多，与这些线程完成的实际工作相比，上下文切换花费的时间就越多。在连接数很高的情况下，优化服务器似乎没有因性能降低而受到太大影响。

但是，事件服务器也在客户端之间进行上下文切换，它们只是在用户空间中进行。

• 为什么这些用户空间上下文切换比内核线程上下文切换更快？
• 内核上下文切换究竟做了哪些更昂贵的事情？
• 内核上下文切换到底有多贵？需要多长时间？
• 内核上下文切换时间是否取决于线程数？

我最感兴趣的是Linux内核如何处理上下文切换，但也欢迎有关其他操作系统的信息。

Answer 1

• 为什么这些用户空间上下文切换比内核线程上下文切换更快？

因为CPU不需要切换到内核模式并返回用户模式。

• 内核上下文切换究竟做了哪些更昂贵的事情？

主要是切换到内核模式。 IIRC，Linux中的内核模式和用户模式的页表相同，所以至少没有TLB失效惩罚。

• 内核上下文切换到底有多贵？需要多长时间？

需要进行测量，因机器而异。我想现在一台典型的桌面/服务器机器每秒可以进行几十万个上下文切换，可能只有几百万。

• 内核上下文切换时间是否取决于线程数？

取决于内核调度程序如何处理这个问题。 AFAIK，在Linux中它非常高效，即使有大量的线程数，但更多的线程意味着更多的内存使用意味着更多的缓存压力，因此可能会降低性能。我还期望在处理数千个套接字时涉及一些开销。