-
Notifications
You must be signed in to change notification settings - Fork 1
Expand file tree
/
Copy path4621ba57.html
More file actions
472 lines (367 loc) · 37.5 KB
/
4621ba57.html
File metadata and controls
472 lines (367 loc) · 37.5 KB
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
<!DOCTYPE html>
<html lang="zh-CN">
<head>
<meta charset="UTF-8">
<meta name="viewport" content="width=device-width">
<meta name="theme-color" content="#222"><meta name="generator" content="Hexo 6.3.0">
<link rel="apple-touch-icon" sizes="180x180" href="/images/apple-touch-icon-next.png">
<link rel="icon" type="image/png" sizes="32x32" href="/images/favicon.png">
<link rel="icon" type="image/png" sizes="16x16" href="/images/favicon.png">
<link rel="mask-icon" href="/images/logo.svg" color="#222">
<link rel="stylesheet" href="/css/main.css">
<link rel="stylesheet" href="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/font-awesome/6.4.0/css/all.min.css" integrity="sha256-HtsXJanqjKTc8vVQjO4YMhiqFoXkfBsjBWcX91T1jr8=" crossorigin="anonymous">
<link rel="stylesheet" href="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/animate.css/3.1.1/animate.min.css" integrity="sha256-PR7ttpcvz8qrF57fur/yAx1qXMFJeJFiA6pSzWi0OIE=" crossorigin="anonymous">
<script class="next-config" data-name="main" type="application/json">{"hostname":"tallate.github.io","root":"/","images":"/images","scheme":"Gemini","darkmode":false,"version":"8.18.0","exturl":false,"sidebar":{"position":"left","display":"post","padding":18,"offset":12},"copycode":{"enable":false,"style":null},"fold":{"enable":false,"height":500},"bookmark":{"enable":false,"color":"#222","save":"auto"},"mediumzoom":false,"lazyload":false,"pangu":false,"comments":{"style":"tabs","active":null,"storage":true,"lazyload":false,"nav":null},"stickytabs":false,"motion":{"enable":true,"async":false,"transition":{"menu_item":"fadeInDown","post_block":"fadeIn","post_header":"fadeInDown","post_body":"fadeInDown","coll_header":"fadeInLeft","sidebar":"fadeInUp"}},"prism":false,"i18n":{"placeholder":"搜索...","empty":"没有找到任何搜索结果：${query}","hits_time":"找到 ${hits} 个搜索结果（用时 ${time} 毫秒）","hits":"找到 ${hits} 个搜索结果"}}</script><script src="/js/config.js"></script>
<meta name="description" content="性能指标平均负载平均负载是指单位时间内，处于可运行状态和不可中断状态的平均进程数，也就是平均活跃进程数。所以，它不仅包括了正在使用 CPU 的进程，还包括等待 CPU 和等待 I/O 的进程，因此和CPU使用率也并没有直接关系。 所谓可运行状态的进程，是指正在使用 CPU 或者正在等待 CPU 的进程，也就是我们常用 ps 命令看到的，处于 R 状态（Running 或 Runn">
<meta property="og:type" content="article">
<meta property="og:title" content="性能分析-CPU">
<meta property="og:url" content="https://tallate.github.io/4621ba57.html">
<meta property="og:site_name" content="Tallate">
<meta property="og:description" content="性能指标平均负载平均负载是指单位时间内，处于可运行状态和不可中断状态的平均进程数，也就是平均活跃进程数。所以，它不仅包括了正在使用 CPU 的进程，还包括等待 CPU 和等待 I/O 的进程，因此和CPU使用率也并没有直接关系。 所谓可运行状态的进程，是指正在使用 CPU 或者正在等待 CPU 的进程，也就是我们常用 ps 命令看到的，处于 R 状态（Running 或 Runn">
<meta property="og:locale" content="zh_CN">
<meta property="og:image" content="https://tallate.github.io/imgs/Linux/%E6%80%A7%E8%83%BD%E5%88%86%E6%9E%90-CPU.png">
<meta property="og:image" content="https://tallate.github.io/imgs/Linux/%E8%BF%9B%E7%A8%8B%E4%B8%8A%E4%B8%8B%E6%96%87%E5%88%87%E6%8D%A2.png">
<meta property="article:published_time" content="2022-03-20T12:09:11.000Z">
<meta property="article:modified_time" content="2025-07-06T17:56:20.875Z">
<meta property="article:author" content="tallate">
<meta name="twitter:card" content="summary">
<meta name="twitter:image" content="https://tallate.github.io/imgs/Linux/%E6%80%A7%E8%83%BD%E5%88%86%E6%9E%90-CPU.png">
<link rel="canonical" href="https://tallate.github.io/4621ba57.html">
<script class="next-config" data-name="page" type="application/json">{"sidebar":"","isHome":false,"isPost":true,"lang":"zh-CN","comments":true,"permalink":"https://tallate.github.io/4621ba57.html","path":"/4621ba57.html","title":"性能分析-CPU"}</script>
<script class="next-config" data-name="calendar" type="application/json">""</script>
<title>性能分析-CPU | Tallate</title>
<noscript>
<link rel="stylesheet" href="/css/noscript.css">
</noscript>
</head>
<body itemscope itemtype="http://schema.org/WebPage" class="use-motion">
<div class="headband"></div>
<main class="main">
<div class="column">
<header class="header" itemscope itemtype="http://schema.org/WPHeader"><div class="site-brand-container">
<div class="site-nav-toggle">
<div class="toggle" aria-label="切换导航栏" role="button">
<span class="toggle-line"></span>
<span class="toggle-line"></span>
<span class="toggle-line"></span>
</div>
</div>
<div class="site-meta">
<a href="/" class="brand" rel="start">
<i class="logo-line"></i>
<p class="site-title">Tallate</p>
<i class="logo-line"></i>
</a>
<p class="site-subtitle" itemprop="description">该吃吃该喝喝 啥事别往心里搁</p>
</div>
<div class="site-nav-right">
<div class="toggle popup-trigger" aria-label="搜索" role="button">
<i class="fa fa-search fa-fw fa-lg"></i>
</div>
</div>
</div>
<nav class="site-nav">
<ul class="main-menu menu"><li class="menu-item menu-item-home"><a href="/" rel="section"><i class="home fa-fw"></i>首页</a></li><li class="menu-item menu-item-about"><a href="/about/" rel="section"><i class="user fa-fw"></i>关于</a></li><li class="menu-item menu-item-tags"><a href="/tags/" rel="section"><i class="tags fa-fw"></i>标签<span class="badge">84</span></a></li><li class="menu-item menu-item-categories"><a href="/categories/" rel="section"><i class="th fa-fw"></i>分类<span class="badge">25</span></a></li><li class="menu-item menu-item-archives"><a href="/archives/" rel="section"><i class="archive fa-fw"></i>归档<span class="badge">192</span></a></li>
<li class="menu-item menu-item-search">
<a role="button" class="popup-trigger"><i class="fa fa-search fa-fw"></i>搜索
</a>
</li>
</ul>
</nav>
<div class="search-pop-overlay">
<div class="popup search-popup"><div class="search-header">
<span class="search-icon">
<i class="fa fa-search"></i>
</span>
<div class="search-input-container">
<input autocomplete="off" autocapitalize="off" maxlength="80"
placeholder="搜索..." spellcheck="false"
type="search" class="search-input">
</div>
<span class="popup-btn-close" role="button">
<i class="fa fa-times-circle"></i>
</span>
</div>
<div class="search-result-container no-result">
<div class="search-result-icon">
<i class="fa fa-spinner fa-pulse fa-5x"></i>
</div>
</div>
</div>
</div>
</header>
<aside class="sidebar">
<div class="sidebar-inner sidebar-nav-active sidebar-toc-active">
<ul class="sidebar-nav">
<li class="sidebar-nav-toc">
文章目录
</li>
<li class="sidebar-nav-overview">
站点概览
</li>
</ul>
<div class="sidebar-panel-container">
<!--noindex-->
<div class="post-toc-wrap sidebar-panel">
<div class="post-toc animated"><ol class="nav"><li class="nav-item nav-level-1"><a class="nav-link" href="#%E6%80%A7%E8%83%BD%E6%8C%87%E6%A0%87"><span class="nav-number">1.</span> <span class="nav-text">性能指标</span></a><ol class="nav-child"><li class="nav-item nav-level-2"><a class="nav-link" href="#%E5%B9%B3%E5%9D%87%E8%B4%9F%E8%BD%BD"><span class="nav-number">1.1.</span> <span class="nav-text">平均负载</span></a></li><li class="nav-item nav-level-2"><a class="nav-link" href="#CPU%E4%BD%BF%E7%94%A8%E7%8E%87"><span class="nav-number">1.2.</span> <span class="nav-text">CPU使用率</span></a><ol class="nav-child"><li class="nav-item nav-level-3"><a class="nav-link" href="#CPU%E4%BD%BF%E7%94%A8%E7%8E%87%E7%9A%84%E5%AE%9A%E4%B9%89%E5%92%8C%E8%AE%A1%E7%AE%97"><span class="nav-number">1.2.1.</span> <span class="nav-text">CPU使用率的定义和计算</span></a></li></ol></li><li class="nav-item nav-level-2"><a class="nav-link" href="#CPU%E4%B8%8A%E4%B8%8B%E6%96%87%E5%88%87%E6%8D%A2"><span class="nav-number">1.3.</span> <span class="nav-text">CPU上下文切换</span></a><ol class="nav-child"><li class="nav-item nav-level-3"><a class="nav-link" href="#%E8%BF%9B%E7%A8%8B%E4%B8%8A%E4%B8%8B%E6%96%87%E5%88%87%E6%8D%A2"><span class="nav-number">1.3.1.</span> <span class="nav-text">进程上下文切换</span></a></li><li class="nav-item nav-level-3"><a class="nav-link" href="#%E7%BA%BF%E7%A8%8B%E4%B8%8A%E4%B8%8B%E6%96%87%E5%88%87%E6%8D%A2"><span class="nav-number">1.3.2.</span> <span class="nav-text">线程上下文切换</span></a></li><li class="nav-item nav-level-3"><a class="nav-link" href="#%E4%B8%AD%E6%96%AD%E4%B8%8A%E4%B8%8B%E6%96%87%E5%88%87%E6%8D%A2"><span class="nav-number">1.3.3.</span> <span class="nav-text">中断上下文切换</span></a></li></ol></li><li class="nav-item nav-level-2"><a class="nav-link" href="#CPU%E7%93%B6%E9%A2%88%E5%AE%9A%E4%BD%8D"><span class="nav-number">1.4.</span> <span class="nav-text">CPU瓶颈定位</span></a></li></ol></li><li class="nav-item nav-level-1"><a class="nav-link" href="#%E6%80%A7%E8%83%BD%E5%89%96%E6%9E%90"><span class="nav-number">2.</span> <span class="nav-text">性能剖析</span></a><ol class="nav-child"><li class="nav-item nav-level-2"><a class="nav-link" href="#mpstat-%E5%A4%84%E7%90%86%E5%99%A8%E7%BB%9F%E8%AE%A1"><span class="nav-number">2.1.</span> <span class="nav-text">mpstat - 处理器统计</span></a></li><li class="nav-item nav-level-2"><a class="nav-link" href="#pidstat-%E8%BF%9B%E7%A8%8B%E7%BB%9F%E8%AE%A1"><span class="nav-number">2.2.</span> <span class="nav-text">pidstat - 进程统计</span></a></li><li class="nav-item nav-level-2"><a class="nav-link" href="#stress-%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E5%8E%8B%E6%B5%8B"><span class="nav-number">2.3.</span> <span class="nav-text">stress - 系统压测</span></a></li><li class="nav-item nav-level-2"><a class="nav-link" href="#sysstat-Linux%E5%B8%B8%E7%94%A8%E6%80%A7%E8%83%BD%E5%B7%A5%E5%85%B7"><span class="nav-number">2.4.</span> <span class="nav-text">sysstat - Linux常用性能工具</span></a></li><li class="nav-item nav-level-2"><a class="nav-link" href="#vmstat-%E6%9F%A5%E7%9C%8B%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E4%B8%8A%E4%B8%8B%E6%96%87%E5%88%87%E6%8D%A2%E6%83%85%E5%86%B5"><span class="nav-number">2.5.</span> <span class="nav-text">vmstat - 查看系统上下文切换情况</span></a></li><li class="nav-item nav-level-2"><a class="nav-link" href="#top-%E9%BB%98%E8%AE%A4%E4%BB%A53%E7%A7%92%E6%97%B6%E9%97%B4%E9%97%B4%E9%9A%94%E7%BB%9F%E8%AE%A1CPU%E4%BD%BF%E7%94%A8%E7%8E%87"><span class="nav-number">2.6.</span> <span class="nav-text">top - 默认以3秒时间间隔统计CPU使用率</span></a></li><li class="nav-item nav-level-2"><a class="nav-link" href="#ps-%E7%BB%9F%E8%AE%A1%E8%BF%9B%E7%A8%8B%E6%95%B4%E4%B8%AA%E7%94%9F%E5%91%BD%E5%91%A8%E6%9C%9F%E7%9A%84CPU%E4%BD%BF%E7%94%A8%E7%8E%87"><span class="nav-number">2.7.</span> <span class="nav-text">ps - 统计进程整个生命周期的CPU使用率</span></a></li><li class="nav-item nav-level-2"><a class="nav-link" href="#pidstat-%E5%88%86%E6%9E%90%E6%AF%8F%E4%B8%AA%E8%BF%9B%E7%A8%8BCPU%E4%BD%BF%E7%94%A8%E6%83%85%E5%86%B5"><span class="nav-number">2.8.</span> <span class="nav-text">pidstat - 分析每个进程CPU使用情况</span></a></li><li class="nav-item nav-level-2"><a class="nav-link" href="#perf-%E5%88%86%E6%9E%90%E6%80%A7%E8%83%BD%E9%97%AE%E9%A2%98-%E6%AF%94%E5%A6%82CPU%E4%BD%BF%E7%94%A8%E7%8E%87%E8%BF%87%E9%AB%98"><span class="nav-number">2.9.</span> <span class="nav-text">perf 分析性能问题 比如CPU使用率过高</span></a></li></ol></li></ol></div>
</div>
<!--/noindex-->
<div class="site-overview-wrap sidebar-panel">
<div class="site-author animated" itemprop="author" itemscope itemtype="http://schema.org/Person">
<p class="site-author-name" itemprop="name">tallate</p>
<div class="site-description" itemprop="description"></div>
</div>
<div class="site-state-wrap animated">
<nav class="site-state">
<div class="site-state-item site-state-posts">
<a href="/archives/">
<span class="site-state-item-count">192</span>
<span class="site-state-item-name">日志</span>
</a>
</div>
<div class="site-state-item site-state-categories">
<a href="/categories/">
<span class="site-state-item-count">25</span>
<span class="site-state-item-name">分类</span></a>
</div>
<div class="site-state-item site-state-tags">
<a href="/tags/">
<span class="site-state-item-count">84</span>
<span class="site-state-item-name">标签</span></a>
</div>
</nav>
</div>
</div>
</div>
</div>
</aside>
</div>
<div class="main-inner post posts-expand">
<div class="post-block">
<article itemscope itemtype="http://schema.org/Article" class="post-content" lang="zh-CN">
<link itemprop="mainEntityOfPage" href="https://tallate.github.io/4621ba57.html">
<span hidden itemprop="author" itemscope itemtype="http://schema.org/Person">
<meta itemprop="image" content="/images/avatar.gif">
<meta itemprop="name" content="tallate">
</span>
<span hidden itemprop="publisher" itemscope itemtype="http://schema.org/Organization">
<meta itemprop="name" content="Tallate">
<meta itemprop="description" content="">
</span>
<span hidden itemprop="post" itemscope itemtype="http://schema.org/CreativeWork">
<meta itemprop="name" content="性能分析-CPU | Tallate">
<meta itemprop="description" content="">
</span>
<header class="post-header">
<h1 class="post-title" itemprop="name headline">
性能分析-CPU
</h1>
<div class="post-meta-container">
<div class="post-meta">
<span class="post-meta-item">
<span class="post-meta-item-icon">
<i class="far fa-calendar"></i>
</span>
<span class="post-meta-item-text">发表于</span>
<time title="创建时间：2022-03-20 20:09:11" itemprop="dateCreated datePublished" datetime="2022-03-20T20:09:11+08:00">2022-03-20</time>
</span>
<span class="post-meta-item">
<span class="post-meta-item-icon">
<i class="far fa-calendar-check"></i>
</span>
<span class="post-meta-item-text">更新于</span>
<time title="修改时间：2025-07-07 01:56:20" itemprop="dateModified" datetime="2025-07-07T01:56:20+08:00">2025-07-07</time>
</span>
<span class="post-meta-item">
<span class="post-meta-item-icon">
<i class="far fa-folder"></i>
</span>
<span class="post-meta-item-text">分类于</span>
<span itemprop="about" itemscope itemtype="http://schema.org/Thing">
<a href="/categories/Linux/" itemprop="url" rel="index"><span itemprop="name">Linux</span></a>
</span>
</span>
</div>
</div>
</header>
<div class="post-body" itemprop="articleBody"><span id="more"></span>
<p><img src="/imgs/Linux/%E6%80%A7%E8%83%BD%E5%88%86%E6%9E%90-CPU.png" alt="性能分析-CPU" title="性能分析-CPU"></p>
<h1 id="性能指标"><a href="#性能指标" class="headerlink" title="性能指标"></a>性能指标</h1><h2 id="平均负载"><a href="#平均负载" class="headerlink" title="平均负载"></a>平均负载</h2><p>平均负载是指单位时间内，处于<strong>可运行状态</strong>和<strong>不可中断状态</strong>的平均进程数，也就是<strong>平均活跃进程数</strong>。所以，它不仅包括了正在使用 CPU 的进程，还包括等待 CPU 和等待 I/O 的进程，因此和CPU使用率也并没有直接关系。</p>
<ul>
<li>所谓可运行状态的进程，是指正在使用 CPU 或者正在等待 CPU 的进程，也就是我们常用 ps 命令看到的，处于 R 状态（Running 或 Runnable）的进程。</li>
<li>不可中断状态的进程则是正处于内核态关键流程中的进程，并且这些流程是不可打断的，比如最常见的是等待硬件设备的 I/O 响应，也就是我们在 ps 命令中看到的 D 状态（Uninterruptible Sleep，也称为 Disk Sleep）的进程。</li>
</ul>
<p>当平均负载为2时，意味着：</p>
<ul>
<li>在只有2个CPU的系统上，意味着所有CPU都刚好被完全占用；</li>
<li>在4个CPU的系统上，意味着CPU有50%的空闲；</li>
<li>在只有一个CPU的系统中，意味着有一半的进程竞争不到CPU。</li>
</ul>
<p>平均负载为多少比较合适？</p>
<ul>
<li>先看系统有几个CPU，可以通过top命令或文件/proc/cpuinfo读取</li>
<li>经验讲当平均负载高于CPU数量70%时，需要分析排查负载过高的问题</li>
<li>uptime查看负载变化趋势，把系统的平均负载监控起来，根据更多的历史数据来判断负载变化趋势，如果有明显升高趋势再做分析。</li>
</ul>
<h2 id="CPU使用率"><a href="#CPU使用率" class="headerlink" title="CPU使用率"></a>CPU使用率</h2><h3 id="CPU使用率的定义和计算"><a href="#CPU使用率的定义和计算" class="headerlink" title="CPU使用率的定义和计算"></a>CPU使用率的定义和计算</h3><p>CPU 使用率，是单位时间内 CPU 繁忙情况的统计，跟平均负载并不一定完全对应。<br>比如：<br>CPU 密集型进程，使用大量 CPU 会导致平均负载升高，此时这两者是一致的；<br>I/O 密集型进程，等待 I/O 也会导致平均负载升高，但 CPU 使用率不一定很高；<br>大量等待 CPU 的进程调度也会导致平均负载升高，此时的 CPU 使用率也会比较高。</p>
<p>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：</p>
<figure class="highlight plaintext"><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br><span class="line">2</span><br><span class="line">3</span><br><span class="line">4</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line">$ cat /proc/stat | grep ^cpu</span><br><span class="line">cpu 280580 7407 286084 172900810 83602 0 583 0 0 0</span><br><span class="line">cpu0 144745 4181 176701 86423902 52076 0 301 0 0 0</span><br><span class="line">cpu1 135834 3226 109383 86476907 31525 0 282 0 0 0</span><br></pre></td></tr></table></figure>
<ul>
<li>第一行cpu指所有cpu的累加，后面的cpu0, cpu1表示各个cpu的统计</li>
<li>user(通常缩写为 us),代表<strong>用户态 CPU 时间</strong>。注意,它不包括下面的 nice 时间,但包括了 guest 时间。</li>
<li>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</li>
<li>大,优先级反而越低。</li>
<li>system(通常缩写为sys),代表<strong>内核态 CPU 时间</strong>。</li>
<li>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)。</li>
<li>iowait(通常缩写为 wa),代表等待 I/O 的 CPU 时间。</li>
<li>irq(通常缩写为 hi),代表处理硬中断的 CPU 时间。</li>
<li>softirq(通常缩写为 si),代表处理软中断的 CPU 时间。</li>
<li>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。</li>
<li>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。</li>
<li>guest_nice(通常缩写为 gnice),代表以低优先级运行虚拟机的时间。</li>
</ul>
<p>而<strong>CPU使用率</strong>，就是除了空闲时间外的其他时间占总CPU时间的百分比，用公式来表示就是：</p>
<figure class="highlight plaintext"><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line">CPU使用率 = 1 - 空闲时间 / 总CPU时间</span><br></pre></td></tr></table></figure>
<p>但是这个值是<strong>开机以来的CPU使用率</strong>，没什么参考价值，重要的是计算<strong>单位时间内的CPU使用率</strong>或简称<strong>平均CPU使用率</strong>。</p>
<figure class="highlight plaintext"><table><tr><td class="gutter"><pre><span class="line">1</span><br></pre></td><td class="code"><pre><span class="line">平均CPU使用率 = 1 - (空闲时间new - 空闲时间old) / (总CPU时间new - 总CPU时间old)</span><br></pre></td></tr></table></figure>
<p>平均CPU使用率可以通过top、ps命令来查看。</p>
<p><strong>造成CPU使用率过高的原因</strong>可能是：</p>
<ul>
<li>用户CPU过高</li>
<li>系统CPU过高（如上下文切换）</li>
<li>等待IO的CPU（如等待磁盘的响应）</li>
<li>中断CPU（包括软中断和硬中断）</li>
</ul>
<h2 id="CPU上下文切换"><a href="#CPU上下文切换" class="headerlink" title="CPU上下文切换"></a>CPU上下文切换</h2><p>CPU 上下文切换，就是先把前一个任务的 CPU 上下文（也就是 CPU 寄存器和程序计数器）保存起来，然后加载新任务的上下文到这些寄存器和程序计数器，最后再跳转到程序计数器所指的新位置，运行新任务。<br>根据任务的不同，CPU 的上下文切换可以分为几个不同的场景，也就是<strong>进程上下文切换</strong>、<strong>线程上下文切换</strong>以及<strong>中断上下文切换</strong>。</p>
<h3 id="进程上下文切换"><a href="#进程上下文切换" class="headerlink" title="进程上下文切换"></a>进程上下文切换</h3><p>根据Linux的特权等级分级：</p>
<ul>
<li>内核空间（Ring 0）具有最高权限，可以直接访问所有资源；</li>
<li>用户空间（Ring 3）只能访问受限资源，不能直接访问内存等硬件设备，必须通过 <strong>系统调用</strong> 陷入到内核中，才能访问这些特权资源。<br>需要注意的是，系统调用陷入内核态执行完毕后，还需要切换回用户态，此时其实又发生了一次上下文切换，所以一次系统调用伴随了2次的CPU上下文切换。</li>
</ul>
<p>系统调用过程的CPU上下文切换：</p>
<ol>
<li>CPU 寄存器里原来用户态的指令位置，需要先保存起来。</li>
<li>接着，为了执行内核态代码，CPU 寄存器需要更新为内核态指令的新位置。</li>
<li>最后才是跳转到内核态运行内核任务。</li>
<li>系统调用结束后，CPU寄存器需要恢复原来保存的用户态，然后再切换到用户空间，继续运行进程。<blockquote>
<p>需要注意的是，系统调用过程中，并不会涉及到虚拟内存等进程用户态的资源，也不会切换进程。</p>
</blockquote>
</li>
</ol>
<p>进程上下文切换：<br><img src="/imgs/Linux/%E8%BF%9B%E7%A8%8B%E4%B8%8A%E4%B8%8B%E6%96%87%E5%88%87%E6%8D%A2.png" alt="进程上下文切换" title="进程上下文切换"><br>进程的上下文切换就比系统调用时多了一步：在保存当前进程的内核状态和 CPU 寄存器之前，需要先把该进程的虚拟内存、栈等保存下来；而加载了下一进程的内核态后，还需要刷新进程的虚拟内存和用户栈。</p>
<ul>
<li>进程上下文切换，是指从一个进程切换到另一个进程运行。而系统调用过程中一直是同一个进程在运行。</li>
<li>进程是由内核来管理和调度的，进程的切换只能发生在内核态。所以，进程的上下文不仅包括了虚拟内存、栈、全局变量等用户空间的资源，还包括了内核堆栈、寄存器等内核空间的状态。</li>
</ul>
<p>进程上下文潜在的性能问题：</p>
<ol>
<li>频繁的上下文切换容易导致平均负载升高：每次上下文切换都需要几十纳秒到数微秒的 CPU 时间。这个时间还是相当可观的，特别是在进程上下文切换次数较多的情况下，很容易导致 CPU 将大量时间耗费在寄存器、内核栈以及虚拟内存等资源的保存和恢复上，进而大大缩短了真正运行进程的时间。这也正是上一节中我们所讲的，导致平均负载升高的一个重要因素。</li>
<li>Linux 通过 TLB（Translation Lookaside Buffer）来管理虚拟内存到物理内存的映射关系。当虚拟内存更新后，TLB 也需要刷新，内存的访问也会随之变慢。特别是在多处理器系统上，缓存是被多个处理器共享的，刷新缓存不仅会影响当前处理器的进程，还会影响共享缓存的其他处理器的进程。</li>
</ol>
<p>切换进程上下文的时机：<br>只有在进程调度的时候，才需要切换上下文。Linux 为每个 CPU 都维护了一个就绪队列，将活跃进程（即正在运行和正在等待 CPU 的进程）按照优先级和等待 CPU 的时间排序，然后选择最需要 CPU 的进程，也就是优先级最高和等待 CPU 时间最长的进程来运行。</p>
<ol>
<li>进程执行完终止了，它之前使用的 CPU 会释放出来，这个时候再从就绪队列里，拿一个新的进程过来运行。</li>
<li>为了保证所有进程可以得到公平调度，CPU 时间被划分为一段段的时间片，这些时间片再被轮流分配给各个进程。这样，当某个进程的时间片耗尽了，就会被系统挂起，切换到其它正在等待 CPU 的进程运行。</li>
<li>进程在系统资源不足（比如内存不足）时，要等到资源满足后才可以运行，这个时候进程也会被挂起，并由系统调度其他进程运行。</li>
<li>当进程通过睡眠函数 sleep 这样的方法将自己主动挂起时，自然也会重新调度。</li>
<li>当有优先级更高的进程运行时，为了保证高优先级进程的运行，当前进程会被挂起，由高优先级进程来运行。</li>
<li>发生硬件中断时，CPU 上的进程会被中断挂起，转而执行内核中的中断服务程序。</li>
</ol>
<h3 id="线程上下文切换"><a href="#线程上下文切换" class="headerlink" title="线程上下文切换"></a>线程上下文切换</h3><p>线程与进程最大的区别在于，线程是调度的基本单位，而进程则是资源拥有的基本单位。说白了，所谓内核中的任务调度，实际上的调度对象是线程；而进程只是给线程提供了虚拟内存、全局变量等资源。</p>
<blockquote>
<p>当进程只有一个线程时，可以认为进程就等于线程。<br>当进程拥有多个线程时，这些线程会共享相同的虚拟内存和全局变量等资源。这些资源在上下文切换时是不需要修改的。<br>另外，线程也有自己的私有数据，比如栈和寄存器等，这些在上下文切换时也是需要保存的。</p>
</blockquote>
<p>因此，根据切换的多个线程所属的进程不同，有2种情况：</p>
<ol>
<li>前后两个线程属于不同进程。此时，因为资源不共享，所以切换过程就跟进程上下文切换是一样。</li>
<li>前后两个线程属于同一个进程。此时，因为虚拟内存是共享的，所以在切换时，虚拟内存这些资源就保持不动，只需要切换线程的私有数据、寄存器等不共享的数据。<blockquote>
<p>同进程内的线程切换消耗的资源更少。</p>
</blockquote>
</li>
</ol>
<h3 id="中断上下文切换"><a href="#中断上下文切换" class="headerlink" title="中断上下文切换"></a>中断上下文切换</h3><p>为了快速响应硬件的事件，中断处理会打断进程的正常调度和执行，转而调用中断处理程序，响应设备事件。而在打断其他进程时，就需要将进程当前的状态保存下来，这样在中断结束后，进程仍然可以从原来的状态恢复运行。<br>跟进程上下文不同，中断上下文切换并不涉及到进程的用户态。所以，即便中断过程打断了一个正处在用户态的进程，也不需要保存和恢复这个进程的虚拟内存、全局变量等用户态资源。中断上下文，其实只包括内核态中断服务程序执行所必需的状态，包括 CPU 寄存器、内核堆栈、硬件中断参数等。</p>
<h2 id="CPU瓶颈定位"><a href="#CPU瓶颈定位" class="headerlink" title="CPU瓶颈定位"></a>CPU瓶颈定位</h2><p>1、平均负载<br>系统平均活跃进程数，反映了系统的整体负载情况<br>2、CPU使用率<br>根据CPU上运行任务的不同，CPU使用率可以分为：</p>
<ul>
<li>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。</li>
<li>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。</li>
<li>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。</li>
<li>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。</li>
<li>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。</li>
</ul>
<p>3、进程上下文切换<br>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回复上，缩短进程真正运行的时间，成为性能瓶颈。包括：</p>
<ul>
<li>无法获取资源而导致的自愿上下文切换;</li>
<li>被系统强制调度导致的非自愿上下文切换。</li>
</ul>
<p>4、CPU缓存的命中率<br>包括L1、L2、L3等三级缓存。</p>
<h1 id="性能剖析"><a href="#性能剖析" class="headerlink" title="性能剖析"></a>性能剖析</h1><p>uptime - 查看平均负载<br>平均负载最理想情况下等于CPU个数，超过时表示发生了过载，达到70%时就应该分析排查负载高的问题，。</p>
<p>watch - 可用于观察负载变化情况</p>
<p>top 或 读取/proc/cpuinfo - 查看系统有几个CPU</p>
<p>top - 查看CPU使用率</p>
<h2 id="mpstat-处理器统计"><a href="#mpstat-处理器统计" class="headerlink" title="mpstat - 处理器统计"></a>mpstat - 处理器统计</h2><h2 id="pidstat-进程统计"><a href="#pidstat-进程统计" class="headerlink" title="pidstat - 进程统计"></a>pidstat - 进程统计</h2><p>-w 查看进程上下文切换情况</p>
<ul>
<li>cswch 每秒自愿上下文切换(voluntary context switches)的次数<br>是指进程无法获取所需资源,导致的上下文切换。比如说, I/O、内存等系统资源不足时,就会发生自愿上下文切换。</li>
<li>nvcswch 每秒非自愿上下文切换(non voluntary context switches)的次数。<br>是指进程由于时间片已到等原因,被系统强制调度,进而发生的上下文切换。比如说,大量进程都在争抢 CPU 时,就容易发生非自愿上下文切换。</li>
</ul>
<h2 id="stress-系统压测"><a href="#stress-系统压测" class="headerlink" title="stress - 系统压测"></a>stress - 系统压测</h2><h2 id="sysstat-Linux常用性能工具"><a href="#sysstat-Linux常用性能工具" class="headerlink" title="sysstat - Linux常用性能工具"></a>sysstat - Linux常用性能工具</h2><blockquote>
<p>sysstat包含mpstat、pidstat<br>mpstat 是一个常用的多核 CPU 性能分析工具，用来实时查看每个 CPU 的性能指标，以及所有 CPU 的平均指标。<br>pidstat 是一个常用的进程性能分析工具，用来实时查看进程的 CPU、内存、I/O 以及上下文切换等性能指标。</p>
</blockquote>
<h2 id="vmstat-查看系统上下文切换情况"><a href="#vmstat-查看系统上下文切换情况" class="headerlink" title="vmstat - 查看系统上下文切换情况"></a>vmstat - 查看系统上下文切换情况</h2><p>主要用来分析系统的内存使用情况，也常用来分析CPU上下文切换和中断的次数</p>
<ul>
<li>cs(context switch)是每秒上下文切换的次数。</li>
<li>in(interrupt)则是每秒中断的次数。</li>
<li>r(Running or Runnable)是就绪队列的长度,也就是正在运行和等待CPU的进程数。</li>
<li>b(Blocked)则是处于不可中断睡眠状态的进程数。</li>
</ul>
<p>vmstat主要用于看系统整体的上下文切换情况，如果想看每个进程的详细情况，可以用pidstat</p>
<h2 id="top-默认以3秒时间间隔统计CPU使用率"><a href="#top-默认以3秒时间间隔统计CPU使用率" class="headerlink" title="top - 默认以3秒时间间隔统计CPU使用率"></a>top - 默认以3秒时间间隔统计CPU使用率</h2><h2 id="ps-统计进程整个生命周期的CPU使用率"><a href="#ps-统计进程整个生命周期的CPU使用率" class="headerlink" title="ps - 统计进程整个生命周期的CPU使用率"></a>ps - 统计进程整个生命周期的CPU使用率</h2><h2 id="pidstat-分析每个进程CPU使用情况"><a href="#pidstat-分析每个进程CPU使用情况" class="headerlink" title="pidstat - 分析每个进程CPU使用情况"></a>pidstat - 分析每个进程CPU使用情况</h2><h2 id="perf-分析性能问题-比如CPU使用率过高"><a href="#perf-分析性能问题-比如CPU使用率过高" class="headerlink" title="perf 分析性能问题 比如CPU使用率过高"></a>perf 分析性能问题 比如CPU使用率过高</h2><p>perf top 实时显示占用CPU时钟最多的函数或指令，因此可以用来查找热点函数<br>perf record、perf report 保存性能分析结果及展示结果</p>
<script type="text/javascript" src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/[email protected]/dist/kity.min.js"></script><script type="text/javascript" src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/[email protected]/dist/kityminder.core.min.js"></script><script defer="true" type="text/javascript" src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/[email protected]/dist/mindmap.min.js"></script><link rel="stylesheet" type="text/css" href="https://cdn.jsdelivr.net/npm/[email protected]/dist/mindmap.min.css">
</div>
<footer class="post-footer">
<div class="post-nav">
<div class="post-nav-item">
<a href="/40fca579.html" rel="prev" title="并发和线程任务编排">
<i class="fa fa-angle-left"></i> 并发和线程任务编排
</a>
</div>
<div class="post-nav-item">
<a href="/9acacb00.html" rel="next" title="Kubernetes原理">
Kubernetes原理 <i class="fa fa-angle-right"></i>
</a>
</div>
</div>
</footer>
</article>
</div>
</div>
</main>
<footer class="footer">
<div class="footer-inner">
<div class="copyright">
©
<span itemprop="copyrightYear">2025</span>
<span class="with-love">
<i class="fa fa-heart"></i>
</span>
<span class="author" itemprop="copyrightHolder">tallate</span>
</div>
<div class="powered-by">由 <a href="https://hexo.io/" rel="noopener" target="_blank">Hexo</a> & <a href="https://theme-next.js.org/" rel="noopener" target="_blank">NexT.Gemini</a> 强力驱动
</div>
</div>
</footer>
<div class="back-to-top" role="button" aria-label="返回顶部">
<i class="fa fa-arrow-up fa-lg"></i>
<span>0%</span>
</div>
<a href="https://github.com/tallate" class="github-corner" title="在 GitHub 上关注我" aria-label="在 GitHub 上关注我" rel="noopener" target="_blank"><svg width="80" height="80" viewBox="0 0 250 250" aria-hidden="true"><path d="M0,0 L115,115 L130,115 L142,142 L250,250 L250,0 Z"></path><path d="M128.3,109.0 C113.8,99.7 119.0,89.6 119.0,89.6 C122.0,82.7 120.5,78.6 120.5,78.6 C119.2,72.0 123.4,76.3 123.4,76.3 C127.3,80.9 125.5,87.3 125.5,87.3 C122.9,97.6 130.6,101.9 134.4,103.2" fill="currentColor" style="transform-origin: 130px 106px;" class="octo-arm"></path><path d="M115.0,115.0 C114.9,115.1 118.7,116.5 119.8,115.4 L133.7,101.6 C136.9,99.2 139.9,98.4 142.2,98.6 C133.8,88.0 127.5,74.4 143.8,58.0 C148.5,53.4 154.0,51.2 159.7,51.0 C160.3,49.4 163.2,43.6 171.4,40.1 C171.4,40.1 176.1,42.5 178.8,56.2 C183.1,58.6 187.2,61.8 190.9,65.4 C194.5,69.0 197.7,73.2 200.1,77.6 C213.8,80.2 216.3,84.9 216.3,84.9 C212.7,93.1 206.9,96.0 205.4,96.6 C205.1,102.4 203.0,107.8 198.3,112.5 C181.9,128.9 168.3,122.5 157.7,114.1 C157.9,116.9 156.7,120.9 152.7,124.9 L141.0,136.5 C139.8,137.7 141.6,141.9 141.8,141.8 Z" fill="currentColor" class="octo-body"></path></svg></a>
<noscript>
<div class="noscript-warning">Theme NexT works best with JavaScript enabled</div>
</noscript>
<script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/animejs/3.2.1/anime.min.js" integrity="sha256-XL2inqUJaslATFnHdJOi9GfQ60on8Wx1C2H8DYiN1xY=" crossorigin="anonymous"></script>
<script src="/js/comments.js"></script><script src="/js/utils.js"></script><script src="/js/motion.js"></script><script src="/js/next-boot.js"></script>
<script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/hexo-generator-searchdb/1.4.1/search.js" integrity="sha256-1kfA5uHPf65M5cphT2dvymhkuyHPQp5A53EGZOnOLmc=" crossorigin="anonymous"></script>
<script src="/js/third-party/search/local-search.js"></script>
<script class="next-config" data-name="mermaid" type="application/json">{"enable":true,"version":"7.1.2","options":null,"js":{"url":"https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/mermaid/10.3.0/mermaid.min.js","integrity":"sha256-9y71g5Lz/KLsHjB8uXwnkuWDtAMDSzD/HdIbqhJfTAI="}}</script>
<script src="/js/third-party/tags/mermaid.js"></script>
</body>
</html>