???????CPU 的占用主要取決于什么樣的資源正在 CPU 上面運(yùn)行，比如拷貝一個(gè)文件通常占用較少 CPU，因?yàn)榇蟛糠止ぷ魇怯?DMA（Direct Memory Access）完成，只是在完成拷貝以后給一個(gè)中斷讓 CPU 知道拷貝已經(jīng)完成；科學(xué)計(jì)算通常占用較多的 CPU，大部分計(jì)算工作都需要在 CPU 上完成，內(nèi)存、硬盤等子系統(tǒng)只做暫時(shí)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)工作。要想監(jiān)測(cè)和理解 CPU 的性能需要知道一些的操作系統(tǒng)的基本知識(shí)，比如：中斷、進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程上下文切換、可運(yùn)行隊(duì)列等。用個(gè)例子來簡單介紹一下這些概念和他們的關(guān)系，CPU 很無辜，是個(gè)任勞任怨的打工仔，每時(shí)每刻都有工作在做（進(jìn)程、線程）并且自己有一張工作清單（可運(yùn)行隊(duì)列），由老板（進(jìn)程調(diào)度）來決定他該干什么，他需要和老板溝通以便得到老板的想法并及時(shí)調(diào)整自己的工作（上下文切換），部分工作做完以后還需要及時(shí)向老板匯報(bào)（中斷），所以打工仔（CPU）除了做自己該做的工作以外，還有大量時(shí)間和精力花在溝通和匯報(bào)上。

CPU 也是一種硬件資源，和任何其他硬件設(shè)備一樣也需要驅(qū)動(dòng)和管理程序才能使用，我們可以把內(nèi)核的進(jìn)程調(diào)度看作是 CPU 的管理程序，用來管理和分配 CPU 資源，合理安排進(jìn)程搶占 CPU，并決定哪個(gè)進(jìn)程該使用 CPU、哪個(gè)進(jìn)程該等待。操作系統(tǒng)內(nèi)核里的進(jìn)程調(diào)度主要用來調(diào)度兩類資源：進(jìn)程（或線程）和中斷，進(jìn)程調(diào)度給不同的資源分配了不同的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)最高的是硬件中斷，其次是內(nèi)核（系統(tǒng)）進(jìn)程，最后是用戶進(jìn)程。每個(gè) CPU 都維護(hù)著一個(gè)可運(yùn)行隊(duì)列，用來存放那些可運(yùn)行的線程。線程要么在睡眠狀態(tài)（blocked 正在等待 IO）要么在可運(yùn)行狀態(tài)，如果 CPU 當(dāng)前負(fù)載太高而新的請(qǐng)求不斷，就會(huì)出現(xiàn)進(jìn)程調(diào)度暫時(shí)應(yīng)付不過來的情況，這個(gè)時(shí)候就不得不把線程暫時(shí)放到可運(yùn)行隊(duì)列里。VPSee 在這里要討論的是性能監(jiān)測(cè)，上面談了一堆都沒提到性能，那么這些概念和性能監(jiān)測(cè)有什么關(guān)系呢？關(guān)系重大。如果你是老板，你如何檢查打工仔的效率（性能）呢？我們一般會(huì)通過以下這些信息來判斷打工仔是否偷懶：

• 打工仔接受和完成多少任務(wù)并向老板匯報(bào)了（中斷）；
• 打工仔和老板溝通、協(xié)商每項(xiàng)工作的工作進(jìn)度（上下文切換）；
• 打工仔的工作列表是不是都有排滿（可運(yùn)行隊(duì)列）；
• 打工仔工作效率如何，是不是在偷懶（CPU 利用率）。

現(xiàn)在把打工仔換成 CPU，我們可以通過查看這些重要參數(shù)：中斷、上下文切換、可運(yùn)行隊(duì)列、CPU 利用率來監(jiān)測(cè) CPU 的性能。

底線

上一篇 Linux 性能監(jiān)測(cè)：介紹（一） 提到了性能監(jiān)測(cè)前需要知道底線，那么監(jiān)測(cè) CPU 性能的底線是什么呢？通常我們期望我們的系統(tǒng)能到達(dá)以下目標(biāo)：

• CPU 利用率，如果 CPU 有 100％ 利用率，那么應(yīng)該到達(dá)這樣一個(gè)平衡：65％－70％ User Time，30％－35％ System Time，0％－5％ Idle Time；
• 上下文切換，上下文切換應(yīng)該和 CPU 利用率聯(lián)系起來看，如果能保持上面的 CPU 利用率平衡，大量的上下文切換是可以接受的；
• 可運(yùn)行隊(duì)列，每個(gè)可運(yùn)行隊(duì)列不應(yīng)該有超過1－3個(gè)線程（每處理器），比如：雙處理器系統(tǒng)的可運(yùn)行隊(duì)列里不應(yīng)該超過6個(gè)線程。

vmstat

vmstat 是個(gè)查看系統(tǒng)整體性能的小工具，小巧、即使在很 heavy 的情況下也運(yùn)行良好，并且可以用時(shí)間間隔采集得到連續(xù)的性能數(shù)據(jù)。

				$ vmstat 1
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu------
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 2  1    140 2787980 336304 3531996  0    0     0   128 1166 5033  3  3 70 25  0
 0  1    140 2788296 336304 3531996  0    0     0     0 1194 5605  3  3 69 25  0
 0  1    140 2788436 336304 3531996  0    0     0     0 1249 8036  5  4 67 25  0
 0  1    140 2782688 336304 3531996  0    0     0     0 1333 7792  6  6 64 25  0
 3  1    140 2779292 336304 3531992  0    0     0    28 1323 7087  4  5 67 25  0
		

參數(shù)介紹：

• r，可運(yùn)行隊(duì)列的線程數(shù)，這些線程都是可運(yùn)行狀態(tài)，只不過 CPU 暫時(shí)不可用；
• b，被 blocked 的進(jìn)程數(shù)，正在等待 IO 請(qǐng)求；
• in，被處理過的中斷數(shù)
• cs，系統(tǒng)上正在做上下文切換的數(shù)目
• us，用戶占用 CPU 的百分比
• sys，內(nèi)核和中斷占用 CPU 的百分比
• wa，所有可運(yùn)行的線程被 blocked 以后都在等待 IO，這時(shí)候 CPU 空閑的百分比
• id，CPU 完全空閑的百分比

舉兩個(gè)現(xiàn)實(shí)中的例子來實(shí)際分析一下：

				$ vmstat 1
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu------
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 4  0    140 2915476 341288 3951700  0    0     0     0 1057  523 19 81  0  0  0
 4  0    140 2915724 341296 3951700  0    0     0     0 1048  546 19 81  0  0  0
 4  0    140 2915848 341296 3951700  0    0     0     0 1044  514 18 82  0  0  0
 4  0    140 2915848 341296 3951700  0    0     0    24 1044  564 20 80  0  0  0
 4  0    140 2915848 341296 3951700  0    0     0     0 1060  546 18 82  0  0  0
		

從上面的數(shù)據(jù)可以看出幾點(diǎn)：

1. interrupts（in）非常高，context switch（cs）比較低，說明這個(gè) CPU 一直在不停的請(qǐng)求資源；
2. user time（us）一直保持在 80％ 以上，而且上下文切換較低（cs），說明某個(gè)進(jìn)程可能一直霸占著 CPU；
3. run queue（r）剛好在4個(gè)。

				$ vmstat 1
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu------
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
14  0    140 2904316 341912 3952308  0    0     0   460 1106 9593 36 64  1  0  0
17  0    140 2903492 341912 3951780  0    0     0     0 1037 9614 35 65  1  0  0
20  0    140 2902016 341912 3952000  0    0     0     0 1046 9739 35 64  1  0  0
17  0    140 2903904 341912 3951888  0    0     0    76 1044 9879 37 63  0  0  0
16  0    140 2904580 341912 3952108  0    0     0     0 1055 9808 34 65  1  0  0
		

從上面的數(shù)據(jù)可以看出幾點(diǎn)：

1. context switch（cs）比 interrupts（in）要高得多，說明內(nèi)核不得不來回切換進(jìn)程；
2. 進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn) system time（sy）很高而 user time（us）很低，而且加上高頻度的上下文切換（cs），說明正在運(yùn)行的應(yīng)用程序調(diào)用了大量的系統(tǒng)調(diào)用（system call）；
3. run queue（r）在14個(gè)線程以上，按照這個(gè)測(cè)試機(jī)器的硬件配置（四核），應(yīng)該保持在12個(gè)以內(nèi)。

mpstat

mpstat 和 vmstat 類似，不同的是 mpstat 可以輸出多個(gè)處理器的數(shù)據(jù)，下面的輸出顯示 CPU1 和 CPU2 基本上沒有派上用場(chǎng)，系統(tǒng)有足夠的能力處理更多的任務(wù)。

				$ mpstat -P ALL 1
Linux 2.6.18-164.el5 (vpsee) 	11/13/2009

02:24:33 PM  CPU   %user   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal   %idle    intr/s
02:24:34 PM  all    5.26    0.00    4.01   25.06    0.00    0.00    0.00   65.66   1446.00
02:24:34 PM    0    7.00    0.00    8.00    0.00    0.00    0.00    0.00   85.00   1001.00
02:24:34 PM    1   13.00    0.00    8.00    0.00    0.00    0.00    0.00   79.00    444.00
02:24:34 PM    2    0.00    0.00    0.00  100.00    0.00    0.00    0.00    0.00      0.00
02:24:34 PM    3    0.99    0.00    0.99    0.00    0.00    0.00    0.00   98.02      0.00
		

ps

如何查看某個(gè)程序、進(jìn)程占用了多少 CPU 資源呢？下面是 Firefox 在一臺(tái)服務(wù)器的 運(yùn)行情況，當(dāng)前只有2個(gè)用戶在使用 Firefox：

				$ while :; do ps -eo pid,ni,pri,pcpu,psr,comm | grep 'firefox'; sleep 1; done

  PID  NI PRI %CPU PSR COMMAND
 7252   0  24  3.2   3 firefox
 9846   0  24  8.8   0 firefox
 7252   0  24  3.2   2 firefox
 9846   0  24  8.8   0 firefox
 7252   0  24  3.2   2 firefox