cpu基本知识

当我们把应用部署在云服务器的linux系统时，总会关注资源的占用情况，对系统主要指标进行监控。CPU一般都是我们最先观察的资源，本文就来学习下cpu监控的一些知识。在linux服务器上的时候，总会关注资源的占用情况，对系统主要指标进行监控。CPU一般都是我们最先观察的资源，本文就来学习下cpu监控的一些知识。

CPU的主要功能是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据，并执行指令。就是我们编写的程序，经过编译后，最终都会变成一条条的指令，由CPU来进行最终的执行。CPU的主频越高、缓存越大、核心数越多，程序运行越快。

关于CPU，有3个重要的概念：上下文切换（context switchs），运行队列（Run queue）和使用率（utilization）。

 

上下文切换：目前流行的CPU在同一时间内只能运行一个线程，超线程的处理器可以在同一时间运行多个线程。linux内核可以运行很多进程，靠的是一个时间片的概念，每个进程会分配到一个时间片，当进程用完时间片或有更高级别的进程抢占后，它会切换到运行队列中，这就是上下文切换。上下文切换越频繁，系统开销越大。

 

运行队列：每个CPU都会维持一个运行队列。调度器跟不上系统的需求，运行队列会被填满，程序的运行时间会变的更长。每个可运行队列不应该超过3个线程（每处理器），比如：双处理器系统的可运行队列里不应该超过6个线程。

 

使用率：部分常用的cpu使用率指标如下

User Time—执行用户进程的时间百分比；
System Time—执行内核进程和中断的时间百分比；
Wait IO—因为IO等待而使CPU处于idle状态的时间百分比；
Idle—CPU处于Idle状态的时间百分比。Idle—CPU处于Idle状态的时间百分比。
如果cpu利用率达到100%，那么应该大概到达这样一个平衡：
User Time：System Time：Idle Time = （60%-70%）：（30%-35%）：（0%-5%）

 

cpu常用监控工具

Linux中常用的监控CPU整体性能的工具有以下几个，均通过命令行形式运行：

mpstat： mpstat 不但能查看所有CPU的平均信息，还能查看指定CPU的信息。

vmstat：只能查看所有CPU的平均信息；查看cpu队列信息；

iostat: 只能查看所有CPU的平均信息。

sar： 与mpstat 一样，不但能查看CPU的平均信息，还能查看指定CPU的信息。

top：显示的信息同ps接近，但是top可以了解到CPU消耗，可以根据用户指定的时间来更新显示。

 

mpstat监控工具参数说明

以上介绍的几个工具监控的cpu指标大同小异，在此仅以mpstat作为一个例子，了解下它的常用参数。
mpstat命令格式：

OPTIONS:
-A: 等同于-u -I ALL -P ALL
-I:可以指定SUM CPU SCPU ALL四个参数,SUM表示每个处理器的中断总数，CPU表示每个核的每秒中断数量， SCPU表示每个核每秒的软中断数量，内核版本在2.6.31之后才支持。
-P: 统计的CPU编号，一般用ALL
-u: 输出列的信息
-V: 查看工具版本号

 

没有输入参数，mpstat显示系统启动以来所有信息的平均值；如有internal，第一行的信息自系统启动以来的平均信息，从第二行开始，输出为前一个interval时间段的平均信息，如下所示：

root@ubuntu:~# mpstat 1 5
Linux 4.4.0-116-generic (ubuntu)     12/29/2019     _x86_64_    (2 CPU)

08:43:50 PM  CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
08:43:51 PM  all    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00  100.00
08:43:52 PM  all    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00  100.00
08:43:53 PM  all    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00  100.00
08:43:54 PM  all    0.50    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00   99.50
08:43:55 PM  all    0.00    0.00    0.50    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00   99.50
Average:     all    0.10    0.00    0.10    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00   99.80

简要理解以上监控结果：

usr 用户态的CPU时间（%）
nice nice值为负进程的CPU时间（%）
sys 核心时间（%）
iowait 硬盘IO等待时间（%）
irq 软中断时间（%）
soft 软中断时间（%）
idle CPU除去等待磁盘IO操作外的因为任何原因而空闲的时间闲置时间（%）

 

 

最后
总结的说，CPU性能监控包含以下方面：
检查系统的运行队列，确保每一个CPU的运行队列不大于3。
确保CPU使用分布满足70/30原则（用户70%，系统30%）。
如果系统时间过长，可能是因为频繁的调度和改变优先级。

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