理解cpu使用率

cpu 使用率

Linux 作为一个多任务操作系统,将每个 CPU 的时间划分为很短的时间片,再通过调度器轮流分配给各个任务使用,因此造成多任务同时运行的错觉。

为了维护 CPU 时间,Linux 通过事先定义的节拍率(内核中表示为 HZ),触发时间中断,并使用全局变量 Jiffies 记录了开机以来的节拍数。每发生一次时间中断,Jiffies 的值就加 1。

节拍率 HZ 是内核的可配选项,可以设置为 100、250、1000 等。不同的系统可能设置不同数值。

# grep 'CONFIG_HZ=' /boot/config-$(uname -r)
  CONFIG_HZ=250

除了 CONFIG_HZ 还有个 USER_HZ,方便用户空间程序访问。

# getconf CLK_TCK
  100

它总是固定为 100,也就是 1/100 秒。

Linux 通过 /proc 虚拟文件系统,向用户空间提供了系统内部状态的信息,而 /proc/stat 提供的就是系统的 CPU 和任务统计信息。

# cat /proc/stat | grep ^cpu
  cpu  2022947 24016 1680940 540478106 829820 0 132960 0 0 0
  cpu0 2022947 24016 1680940 540478106 829820 0 132960 0 0 0

这里的输出结果是一个表格:
其中,第一列表示的是 CPU 编号,如 cpu0、cpu1 ,而第一行没有编号的 cpu ,表示的是所有 CPU 的累加。
其他列则表示开机以来不同场景下 CPU 的累加节拍数,它的单位是 USER_HZ,也就是 10 ms(1/100 秒),所以这其实就是不同场景下的 CPU 时间。从左到右依次为:

  • user(通常缩写为 us),代表用户态 CPU 时间。注意,它不包括下面的 nice 时间,但包括了 guest 时间。
  • nice(通常缩写为 ni),代表低优先级用户态 CPU 时间,也就是进程的 nice 值被调整为 1-19 之间时的 CPU 时间。这里注意,nice 可取值范围是 -20 到 19,数值越大,优先级反而越低。
  • system(通常缩写为 sys),代表内核态 CPU 时间。idle(通常缩写为 id),代表空闲时间。注意,它不包括等待 I/O 的时间(iowait)。
  • iowait(通常缩写为 wa),代表等待 I/O 的 CPU 时间。
  • irq(通常缩写为 hi),代表处理硬中断的 CPU 时间。
  • softirq(通常缩写为 si),代表处理软中断的 CPU 时间
  • steal(通常缩写为 st),代表当系统运行在虚拟机中的时候,被其他虚拟机占用的 CPU 时间。
  • guest(通常缩写为 guest),代表通过虚拟化运行其他操作系统的时间,也就是运行虚拟机的 CPU 时间。
  • guest_nice(通常缩写为 gnice),代表以低优先级运行虚拟机的时间。

我们通常说的CPU 使用率,就是除了空闲时间外的其他时间占总 CPU 时间的百分比:

CPU 使用率 = 1 - \frac{空闲时间}{总的CPU时间}

根据这个公式,我们就可以从 /proc/stat 中的数据,很容易地计算出 CPU 使用率。一般都会取间隔一段时间(比如 3 秒)的两次值,作差后,再计算出这段时间内的平均 CPU 使用率,即:

CPU 使用率 = 1 - \frac{\left (空闲时间_{t2}-空闲时间_{t1}\right )}{\left (总的CPU时间_{t2}-总的CPU时间_{t1}\right )}

查看cpu使用率工具
  • top


    image.png

    top 默认显示的是所有 CPU 的平均值,这个时候你只需要按下数字 1 ,就可以切换到每个 CPU 的使用率了。

  • ps

  • pidstat

    # pidstat 1 2    # 每隔1秒输出一组数据,共输出5组
    
    image.png
cpu 使用率过高怎么定位

可以使用perf工具:
perf 工具

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