Linux 系統 CPU 使用率簡單分析

2021-09-03 02:52:53 字數 2167 閱讀 2745

cpu 使用率是單位時間內 cpu 使用情況的統計,以百分比的方式展示。

為了維護 cpu 時間,linux 通過事先定義的節拍率(核心中表示為 hz),觸發時間中斷,並使用全域性變數 jiffies 記錄了開機一來的節拍數。每發生一次時間中斷,jiffies 的值就加 1。

linux 通過 /proc 虛擬檔案系統,向使用者空間提供了系統內部狀態的資訊,而 /proc/stat 提供的就是系統的 cpu 和任務統計資訊。

第一列是 cpu 編號,其他列則表示不同場景下 cpu 的累加節拍數。

諸如 top、ps 之類的效能工具展示的 %user、%nice、%system、%iowait、%steal 等等,它們都代表什麼意思呢?

而我們通常所說的 cpu 使用率,就是除了空閒時間外的其他時間佔總 cpu 時間的百分比,用公式表示就是:

cpu 使用率 = 1 - 空閒時間 / 總 cpu 時間

如果直接用 /proc/stat 的資料計算 cpu 使用率,它記錄的是開機以來的節拍數累加值,所以直接算出來的,是開機以來的平均 cpu 使用率,一般參考價值不大。事實上,為了計算 cpu 使用率,效能工具一般都會取間隔一段時間,比如 3 秒,的兩次值,作差後,再計算出這段時間內的平均 cpu 使用率。

不同的工具設定的間隔時間可能不同,比如 top 預設使用 3 秒時間間隔,而 ps 使用的是程序的整個生命週期。

top 或者 pidstat 這類的工具。pidstat 可以詳細檢視程序的使用者態 cpu 和核心態 cpu。

top 第三行 %cpu 就是系統的 cpu 使用率,含義上面說過。top 預設顯示的是所有 cpu 的平均值,按下數字 1,就可以切換到每個 cpu 的使用率了。

每個程序的 %cpu 列,表示程序的 cpu 使用率。它是使用者態和核心態 cpu 使用率之和,包括程序使用者空間使用的 cpu、通過系統呼叫執行的核心空間 cpu、以及在就緒佇列等待執行的 cpu。

通過 top、ps、pidstat 等工具,能夠輕鬆找到 cpu 使用率過高的程序。接下來就要分析 占用 cpu 的到底是**裡的哪個函式呢?找到後才能更高效、更針對性地進行優化。

最推薦的工具是 perf。perf 是 linux 2.6.31 以後內建的效能分析工具,它以效能事件取樣為基礎,不僅可以分析系統的各種事件和核心效能,還可以用來分析指定應用程式的效能問題。兩種常見用法:

第一種是 perf top,類似 top,它能夠實時顯示占用 cpu 時鐘最多的函式或者指令,因此可以用來查詢熱點函式,使用介面如下:

第一行包含三個資料,分別是取樣數(samples)、事件型別(event)和事件總數量(event count)。比如這個例子中,peft 總共採集了 747 個 cpu 時鐘事件,而總事件數為 174906250。取樣數如果過少,那下面的排序和百分比就沒什麼實際參考價值了。

第二種常見用法是,perf recordperf reportperf top實時展示了系統的效能資訊,但它的缺點是並不儲存資料,也就無法用於離線或者後序分析。而perf record則提供了儲存資料的功能,儲存後的資料,需要你用peft report解析展示。

對程序進行跟蹤分析其呼叫:

perf top -g -p

cpu 使用率是最直觀和最常用的系統效能指標,更是我們在排查系統效能問題時,通常會關注的第乙個指標。所以我們更要熟悉它的含義,尤其要弄清楚使用者(%usr)、nice(%ni)、系統(%sy)、等待i/o(%wa)、中斷(hi)以及軟中斷(si)這幾種不同 cpu 的使用率。比如說:

碰到 cpu 使用率公升高的問題,可以借助 top、pidstat 等工具,確認引發 cpu 效能問題的**;再使用 perf 等工具,排查出引起效能問題的具體函式。

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