Linux性能优化第二章性能工具：系统CPU

2.1 CPU性能统计信息

2.1.1运行队列统计

在Linux中，一个进程要么是可运行的，要么是阻塞的（正在等待一个事件的完成）。阻塞进程可能在等待从I/O设备来的数据，或者是系统调用的结果如果一个进程是可运行的，那就意味着它要和其他可运行的进程竞争CPU时间。一个进程不一定会使用CPU，但是当Linux调度器决定从下一要运行的进程时，它会从可运行进程队列中挑选。如果进程是可运行的，同时又在等待使用处理器，这些进程就构成了运行队列。运行队列越长，处于等待的进程就越多。

性能工具通常会给出可运行的进程个数和等待I/O的阻塞进程的个数。另一种常见的系统统计是系统的平均负载。

2.1.2 上下文切换

处理器（单核）通常一次只能处理一个进程或者线程，多任务的假象就是不断的在进程间切换。这种在不同的进程间的切换叫做上下文切换，因为当其发生时，CPU要保存旧进程的所有上下文信息，并取出新进程的所有上下文信息。上下文的切换涉及大量信息的移动，因此，上下文的切换开销是相当大的，应尽量减少。

上下文切换的产生可能是由内核的调度的结果。为了保证公平地给每个进程分配处理器时间，内核会周期性地中断运行的程序。在适当的情况下，内核调度器会决定开始另一个进程。这样的中断频率与服务器的架构和内核版本有关。检查办法可以查看/proc/interrupts文件。

后面的数减去前面的数再除以10，可以算出每秒CPU大概中断1000次。

2.1.3 中断

此外，处理器还周期性地从硬件设备接收中断。当设备有事件需要内核处理时，它通常就会触发这些中断。比如有外设插入设备，并准备好提供数据给内核，外设就会触发一个中断。内核收到的每个中断，如果已经有相应的已经注册的中断处理程序，就会运行该程序，否则就忽略这个中断。

2.1.4 CPU使用率

CPU使用率是个简单的概念。在任何时间，CPU可以执行以下几件事的其中一个：

CPU可以是空闲的，等待有任务可以执行。
CPU可以运行用户代码，即指定的用户时间。
CPU可以执行内核中的应用程序代码，这就是系统时间。
CPU可以执行比较友好的或者优先级较高的用户代码
CPU可以处于iowait状态，即系统等待I/O的完成。
CPU处于irq状态，即它正在用高优先级代码处理中断。
CPU处于softirq模式，用低优先级代码处理中断。

2.2 Linux性能工具：CPU

2.2.1 vmstat（虚拟内存统计）

vmstat输出的部分说明

r	当前可运行的进程数。
b	等待I/O完成的被阻塞进程数
in	系统发生中断的次数
cs	系统发生上下文切换的次数
us	用户进程消耗的CPU时间百分比
sy	系统进程消耗的CPU时间百分比
id	系统空闲时间的百分比
wa	等待IO消耗的总的CPU时间百分比

vmstat默认显示

vmstat默认显示的是系统启动后记录信息的平均值。vmstat最有用的是运行在采样模式下，如下图：

vmstat –s 可以显示更多的信息

更多用法可以网上搜索资料。

2.2.2 top

语法

top [ -d delay ] [ -n iter ] [ -i ] [ -b ]

top参数说明

-d delay	统计信息更新的时间间隔
-n iterations	退出前的迭代次数，即更新次数
-i	是否显示空闲进程
-b	以批处理模式运行，会显示全部的进程

top运行时的部分参数

P	按CPU使用率排序
M	按内存使用率排序
N	按PID排序
A	进程信息的另一种显示方式，其内容为各种系统资源的最大消耗者
f	显示配置页面，选择屏幕要出现的统计信息
o	显示配置页面，修改显示在屏幕统计信息的顺序

执行top命令结果如下

top部分输出说明

PR	进程优先级，值越大代表优先级越高。RT代表实施优先级，该优先级高于标准范围
NI	nice值，nice值越高，系统认为该进程越不重要。
VIRT	系统使用虚拟内存的大小，单位为kb VIRT=SWAP+RES
RES	进程使用的，未被换出的物理内存大小，单位kb RES=CODE+DATA
SHR	共享内存的大小，单位kb

2.2.3 mpstat（多处理器统计）

语法

mpstat [ -P {cpu | ALL } ] [ delay [count ]]

top参数说明

-P{ cpu \|ALL }	设置监控的CPU
-d delay	统计信息更新的时间间隔

mpstat可以用来确定CPU是否得到充分的利用，以及使用情况是否均衡。

2.2.4 sar（系统活动报告）

sar默认会输出过去一天（0点开始统计）的采样数据

sar 1 3 查看系统过去三秒钟的CPU采样数据