Linux 性能优化之 CPU 篇 ----- 套路篇

  1. CPU 的性能指标都有哪些?

    CPU 使用率

  • 用户 CPU 使用率,包括用户态 CPU 使用率(user)和低优先级用户态 CPU 使用率(nice),表示 CPU 在用户态运行的时间百分比。用户 CPU 使用率高,通常说明有应用程序比较繁忙。
  • 系统 CPU 使用率,表示 CPU 在内核态运行的时间百分比(不包括中断)。系统 CPU 使用率高,说明内核比较繁忙。
  • 等待 I/O 的 CPU 使用率,通常也称为 iowait,表示等待 I/O 的时间百分比。iowait 高,通常说明系统与硬件设备的 I/O 交互时间比较长。
  • 软中断和硬中断的 CPU 使用率,分别表示内核调用软中断处理程序、硬中断处理程序的时间百分比。它们的使用率高,通常说明系统发生了大量的中断。
  • 除了上面这些,还有在虚拟化环境中会用到的窃取 CPU 使用率(steal)和客户 CPU 使用率(guest),分别表示被其他虚拟机占用的 CPU 时间百分比,和运行客户虚拟机的 CPU 时间百分比。

平均负载

  • 除了上面这些,还有在虚拟化环境中会用到的窃取 CPU 使用率(steal)和客户 CPU 使用率(guest),分别表示被其他虚拟机占用的 CPU 时间百分比,和运行客户虚拟机的 CPU 时间百分比。
  • 理想情况下,平均负载等于逻辑 CPU 个数,这表示每个 CPU 都恰好被充分利用。如果平均负载大于逻辑 CPU 个数,就表示负载比较重了

上下文切换

  • 上下文切换,本身是保证 Linux 正常运行的一项核心功能。但过多的上下文切换,会将原本运行进程的 CPU 时间,消耗在寄存器、内核栈以及虚拟内存等数据的保存和恢复上,缩短进程真正运行的时间,成为性能瓶颈
  • 无法获取资源而导致的自愿上下文切换;
  • 被系统强制调度导致的非自愿上下文切换.

CPU 性能分析的“指标筛选”清单

  1. cpu 性能工具有哪些
  • 首先,平均负载的案例。我们先用 uptime, 查看了系统的平均负载;而在平均负载升高后,又用 mpstat 和 pidstat ,分别观察了每个 CPU 和每个进程 CPU 的使用情况,进而找出了导致平均负载升高的进程。
  • 第二个,上下文切换的案例。我们先用 vmstat ,查看了系统的上下文切换次数和中断次数;然后通过 pidstat ,观察了进程的自愿上下文切换和非自愿上下文切换情况;最后通过 pidstat ,观察了线程的上下文切换情况,找出了上下文切换次数增多的根源,也就是我们的基准测试工具 sysbench
  • 第三个,进程 CPU 使用率升高的案例。我们先用 top ,查看了系统和进程的 CPU 使用情况,发现 CPU 使用率升高的进程是 php-fpm;再用 perf top ,观察 php-fpm 的调用链,最终找出 CPU 升高的根源,也就是库函数 sqrt()
  • 第四个,系统的 CPU 使用率升高的案例。我们先用 top 观察到了系统 CPU 升高,但通过 top 和 pidstat ,却找不出高 CPU 使用率的进程。于是,我们重新审视 top 的输出,又从 CPU 使用率不高但处于 Running 状态的进程入手,找出了可疑之处,最终通过 perf record 和 perf report ,发现原来是短时进程在捣鬼。
  • 第五个,不可中断进程和僵尸进程的案例。我们先用 top 观察到了 iowait 升高的问题,并发现了大量的不可中断进程和僵尸进程;接着我们用 dstat 发现是这是由磁盘读导致的,于是又通过 pidstat 找出了相关的进程。但我们用 strace 查看进程系统调用却失败了,最终还是用 perf 分析进程调用链,才发现根源在于磁盘直接 I/O
  • 最后一个,软中断的案例。我们通过 top 观察到,系统的软中断 CPU 使用率升高;接着查看 /proc/softirqs, 找到了几种变化速率较快的软中断;然后通过 sar 命令,发现是网络小包的问题,最后再用 tcpdump ,找出网络帧的类型和来源,确定是一个 SYN FLOOD 攻击导致的。
  1. “指标工具”指南

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