Linux服务器性能分析之CPU利用率

 1. 指标范围

1.1 User mode CPU utilization+ System mode CPU utilization

合理值:60-85%，如果在一个多用户系统中us+sy时间超过85%，则进程可能要花时间在运行队列中等待，响应时间和业务吞吐量会受损害;us过大，说明有用户进程占用很多cpu时间，需要进一步的分析其它软硬件因素;sy过大，说明系统管理方面花了很多时间，说明该系统中某个子系统产生了瓶颈，需要进一步分析其它软硬件因素。

1.2 Wa(wait)

参考值：小于25%，超过25%的wa的值可以表示子系统可能没有被正确平衡，也可能是磁盘密集工作负载的结果，系统的磁盘或其它I/o可能有问题，可以通过iostat/SAR –C命令进一步分解分析

1.3 Id(idle)

参考值：大于40，如果r经常大于4，且id经常小于40，表示cpu的负荷很重

1.4 r

参考值：小于4，队列大于4时，表明系统的cpu或内存可能有问题，如果r经常大于4，且id经常少于40，表示cpu的负荷很重。当队列变长时，队列中进程在等待cpu调度执行时所花的时间会变长

1.5 判断cpu瓶颈的方法

很慢的响应时间(slow response time)

Cpu的空闲时间为零(zero percent idle cpu)

过高的用户占用cpu时间(high percent user cpu)

过高的系统占用cpu时间(high percent system cpu)

长时间的有很长的运行进程队列(large run queue size sustained over time)

2. 如何查看cpu利用率

2.1 使用top命令查看

数据来自/proc/stat文件

%us =(User time + Nice time)/CPU时间*100%  
%sy=(System time + Hardirq time +Softirq time)/ CPU时间*100%  
%id=(Idle time)/CPU时间*100%  
%ni=(Nice time)/CPU时间*100%  
%wa=(Waiting time)/CPU时间*100%  
%hi=(Hardirq time)/CPU时间*100%  
%si=(Softirq time)/CPU时间*100%  
%st=(Steal time)/CPU时间*100% 

备注： top 命令默认情况下，是每 3 秒刷新一次。也可以通过 top -d <刷新时间间隔> 来指定刷新频率，如top -d 0.1 或top -d 0.01 等。top 执行时，也可以按“s ”键，修改时间间隔。

2.2 使用vmstat查看

r表示运行队列的大小，b表示由于IO等待而的线程数量，in表示中断的数量，cs表示上下文切换的数量。

2.3 其它查看方式

Iostat、sar -q、sar –u等

3. CPU介绍

3.1 内核中的时间

HZ是系统时钟在一秒内固定发出时钟中断的次数。HZ在编译内核前是可以进行配置的，因此通过下述命令就可以查看当前系统的时钟中断频率：cat /boot/config-`uname -r` | grep CONFIG_HZ

tick为系统时钟每“滴答“一次的时间，其值为(1/HZ)秒。也就是连续两次时钟中断之间的时间间隔。

jiffies用来计算自系统启动以来tick的次数，也就是说系统时钟每产生一次时钟中断，该变量的值就增加一次。

3.2 CPU时间组成

CPU的工作时间由三部分组成：用户态时间、系统态时间和空闲态时间。具体的组成为：

CPU时间包含User time、System time、Nice time、Idle time、Waiting time、Hardirq time、Softirq time、Steal time

空闲态时间==idle time

用户态时间==user time+ Nice time。

内核态时间==system time+ Hardirq time+ Softirq time。

user time。指CPU在用户态执行进程的时间。

system time。指CPU在内核运行的时间。

nice time。指系统花费在调整进程优先级上的时间。

idle time。系统处于空闲期，等待进程运行。

waiting time。指CPU花费在等待I/O操作上的总时间，与ed相似。

steal time。指当前CPU被强制(involuntary wait )等待另外虚拟的CPU处理完毕时花费的时间，此时 hypervisor 在为另一个虚拟处理器服务。

Softirq time 、Hardirq time。分别对应系统在处理软硬中断时候所花费的CPU时间。

3.3 User mode CPU utilization

%usr。显示了用户方式下所花费CPU时间的百分比，用户使用CPU的进程包括：cpu运行常规用户进程，cpu运行niced process，cpu运行实时进程。一个进程可以在用户方式下执行，也可以在系统(内核)方式下执行，当一个进程在内核代码中运行时，我们称其处于内核态;当一个进程正在执行用户自己的代码时，我们称其处于用户态，在用户方式下执行时，进程在它自己的应用代码中执行，不需要内核资源来进行计算、管理内存或设置变量

3.4 System mode CPU utilization

显示了系统方式下所花费cpu时间的百分比，包括内核进程(kprocs)和其他需要访问内核资源的进程所消耗的cpu资源，系统使用cpu的进程包括：用于系统调用，用于I/O管理(中断和驱动)，用于内存管理(paging and swapping)，用于进程管理(context switch and process start)，如果一个进程需要内核资源，它必须执行一个系统调用，并由此切换到系统方式从而使该资源可用。

3.5 %wa(wait)

显示了暂挂本地磁盘I/O和NFS加载的磁盘的cpu空闲百分比，是由于进程等待I/O而使cpu处于空闲状态的比率，I/O主要包括： I/O，raw I/O，VM-paging/swapins。如果在wait运行时至少有一个未完成的磁盘I/O，该事件就归为I/O等待时间，对磁盘的I/O请求会导致调用的进程阻塞(或睡眠)，直到请求完成为止，一旦进程的I/O请求完成，该进程就放入运行队列中。如果I/O很快完成，该进程可以使用更多的cpu时间。

3.6 %id(idle)

（编辑：淮安站长网）

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