Linux性能優化和監控系列(二)——分析CPU性能分析CPU性能
責編：admin ｜2015-02-11 10:39:11top命令提供了監控CPU性能的基本功能， 如果需要更加深入的挖掘CPU的性能問題， top所提供的信息不足以做到. 由于大多數人認為CPU性能是體現服務器性能的主要因素， 所以在遇到性能問題時， 通常會首先查看CPU的性能來分析服務器的性能問題. 但事實上， 很多情況不是這樣的，性能問題可能是由跟CPU相關的其他因素引起的， 比如CPU等待I/O資源.對于下面兩個task：
Task 1：
dd if=/dev/urandom of=/dev/null
Task 2：
#！/bin/bash
COUNTER=0
while true
do
dd if=/dev/urandom of=/root/file.$COUNTER bs=1M count=1
COUNTER=$(( COUNTER + 1 ))
[ COUNTER = 1000 ] && exit
done
執行Task 1和Task 2后， sy都會增高， 但是執行Task 2時， wa也會增高， 這說明Task 1和Task 2都會使sy增高， 但是Task 2有時需要等待I/O資源， 所以wa也會增高.
理解CPU性能
為了監控CPU到底在做什么， 需要深入理解Linux內核是怎樣工作的， 其中一個重要的組件是運行時隊列(run queue)， 每個CPU核有一個運行時隊列， 在CPU為進程提供服務時， 進程需要首先進入運行時隊列等待CPU分配CPU時間. 運行隊列里包括可運行的進程(runnable process)和被阻擋的進程(blocked process). Linux的scheduler根據進程的優先級決定哪個runnable process運行， blocked process不會競爭CPU時間. top命令的load arverage是所有runnable process和blocked process的負載的總體概述. 如果需要查看哪些進程處于runnable和blocked狀態， 可以通過vmstat來查看， 如：
[root@rdhl ~]# vmstat
procs ———–memory———- —swap– —–io—- –system– —–cpu—–
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
1 0 0 3747904 15492 27980 0 0 767 3 28 17 0 1 98 1 0
上下文切換和中斷
在多任務操作系統中， Linux內核不斷在不同進程之間進行上下文切換， 這種上下文切換需要CPU保存舊進程的上下文信息以及檢索上下文信息給新進程， 因此上下文切換對CPU的性能代價是很高的. 減少上下文切換帶來的性能問題最好的方法是減少上下文切換的次數， 在多核CPU架構中可以實現， 但是需要確保進程被鎖定在指定CPU核上來阻止上下文切換. Linux進程調度器并不是進程發生上下文切換的唯一原因， 另一個導致上下文切換發生的原因是硬件中斷(hardware interrupts). 進程調度器使用時鐘中斷(timer interrupt)保證每個進程能獲取公平的CPU時間. 正常情況下上下文切換的次數應該小于時鐘中斷的次數， 如果發現上下文切換次數比時鐘中斷次數多， 這種負載可能是由系統需要處理很多I/O或者長時間高強度系統調用引起. 因此了解時鐘中斷和上下文切換的關系對找到引起系統性能問題的原因提供線索. 使用vmstat -s可以查看系統上下文切換和時鐘中斷次數， 這對查看高數量的上下文切換和IOWAIT的組合非常有幫助， 通過這可以判定系統試著做大量的寫操作， 但是不能. 如下是vmstat -s的輸出例子：
[root@rdhl ~]# vmstat -s
3924700 total memory
218964 used memory
32152 active memory
43332 inactive memory
3705736 free memory
22400 buffer memory
31492 swap cache
4063224 total swap
0 used swap
4063224 free swap
7643 non-nice user cpu ticks
0 nice user cpu ticks
1390112 system cpu ticks
15353492 idle cpu ticks
110105 IO-wait cpu ticks
0 IRQ cpu ticks
185 softirq cpu ticks
0 stolen cpu ticks
84007231 pages paged in
333713 pages paged out
0 pages swapped in
0 pages swapped out
16203245 interrupts
2121904 CPU context switches
1395818922 boot time
5780 forks
另一個查看CPU性能的指標是中斷數， 中斷數可以從/proc/interrupts查看，/pro/interrupts包含每種類型的中斷被處理的次數. 如果中斷數很高， 那表示Linux內核花很多時間處理中斷而導致只有少部分時間處理其他進程.
[root@rdhl ~]# cat /proc/interrupts
CPU0 CPU1
0： 142 0 IO-APIC-edge timer
1： 7 1 IO-APIC-edge i8042
3： 1 0 IO-APIC-edge
4： 1 0 IO-APIC-edge
7： 0 0 IO-APIC-edge parport0
8： 0 0 IO-APIC-edge rtc0
9： 0 0 IO-APIC-fasteoi acpi
12： 108 2 IO-APIC-edge i8042
14： 0 0 IO-APIC-edge ata_piix
15： 107 1 IO-APIC-edge ata_piix
24： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
25： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
26： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
27： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
28： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
29： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
30： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
31： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
32： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
33： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
34： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
35： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
36： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
37： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
38： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
39： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
40： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
41： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
42： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
43： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
44： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
45： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
46： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
47： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
48： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
49： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
50： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
51： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
52： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
53： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
54： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
55： 0 0 PCI-MSI-edge pciehp
56： 1468 667997 PCI-MSI-edge vmw_pvscsi
57： 367182 0 PCI-MSI-edge eth0-rxtx-0
58： 13 115039 PCI-MSI-edge eth0-rxtx-1
59： 0 0 PCI-MSI-edge eth0-event-2
NMI： 0 0 Non-maskable interrupts
LOC： 13249018 2561591 Local timer interrupts
SPU： 0 0 Spurious interrupts
PMI： 0 0 Performance monitoring interrupts
IWI： 0 0 IRQ work interrupts
RES： 35986 18866 Rescheduling interrupts
CAL： 298172 228 Function call interrupts
TLB： 1052 2847 TLB shootdowns
TRM： 0 0 Thermal event interrupts
THR： 0 0 Threshold APIC interrupts
MCE： 0 0 Machine check exceptions
MCP： 285 285 Machine check polls
ERR： 0
MIS： 0
使用vmstat
雖然top能監控CPU的大部分信息， 但是不能提供更加詳細的CPU信息， 而vmstat可以堪當此任. vmstat有兩種使用方式， 一種是sample mode， 在這種方式中， vmstat每個一段時間獲取當前系統信息， 如每隔3秒執行一次， vmstat 3. 另一種是加-s選項， 在這種方式中， vmstat獲取從系統啟動后的系統統計信息， 除了CPU信息， 也包含memory， I/O， swap等.
cs
上下文切換次數.
us CPU花在用戶空間的時間百分比.
sy CPU花在系統空間的時間百分比.
id CPU空閑百分比.
wa CPU等待I/O的時間百分比
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