CPU性能指标

1，主频

主频 = 时钟频率，它是指CPU内部晶振的频率，常用单位为MHz，它反映了CPU的基本工作节拍;

时钟频率又称主频，它是指CPU内部晶振的频率，常用单位为MHz，它反映了CPU的基本工作节拍;

2，时钟周期

   时钟周期 t =1/ f; 主频的倒数

3，机器周期

   机器周期A  = m*t ;一个机器周期包含若干个时钟周期

4，指令周期

   指令周期B = m*t*n; 执行一条指令所需要的时间，一般包含若干个机器周期

 5，CPI

CPI = m*n;  平均每条指令的平均时钟周期个数

  

指令周期B = CPI×机器周期 = n（CPI=n）×m×时钟周期=nm/主频f, 注意指令周期单位是s或者ns，CPI无量纲

  参考：https://en.wikipedia.org/wiki/Cycles_per_instruction

 

6，MIPS(MillionInstructions Per Second）

   MIPS = 每秒执行百万条指令数 = 1/（CPI×时钟周期）= 主频/CPI

MFLOPS 每秒百万浮点运算次数。

   表示秒钟所能执行的指令条数，对于微型计算机可用CPU的主频和每条指令的执行所需的时钟周期来衡量。

 

包含关系：指令周期通常用若干个机器周期来表示，在机器语言中，使用执行一条指令所需要的机器周期数来说明指令执行的速度。而机器周期又包含若干个时钟周期。时钟周期是最基本的操作单位。

参考： https://en.wikipedia.org/wiki/Instructions_per_second

注意：计算机的运算速度一般用每秒钟所能执行的指令条数来表示。由于不同类型的指令所需时间长度不同，因而运算速度的计算方法也不同。例如，根据不同类型的指令出现的频度，乘上不同的系数求得统计平均值，得到平均运算速度。这种方法用MIPS(Millions of Instruction Per Second)作单位，即每秒百万条指令。

    又如，直接给出CPU的主频和每条指令的执行所需的时钟周期。周期一般以MHz为单位。主频即计算机的时钟频率，它在很大程度上决定了主机的工作速度。例如，型号为486DX-133的微型计算机，表明它的CPU型号为486，DX为含浮点处理器，数字133的含义是主频为133MHz。

题： 若某处理器的时钟频率为500MHz，每4个时钟周期组成一个机器周期，执行一条指令需要3个机器周期，则该处理器的一个机器周期▁8▁ns，平均执行速度为▁42▁MIPS

解析如下：

时钟周期T等于主频的倒数，即T=1/500MHz=1/（0.5×10的9次方Hz）=2 ns，机器周期等于4个时钟周期即=4T=4×2 ns=8 ns，每条指令的时钟周期数CPI=3×4=12，则平均速度为：f/（CPI×10的6次方）=（500×10的6次方）/（12×10的6次 方）=500/12=41.6≈42MIPS.计算主频的倒数时要注意把主频的MHz换算成Hz即500后面加6个0=500×10的6次方=0.5×10的9次方，1/10的9次方 Hz=1ns

每条指令的时钟周期数CPI=3×4=12，执行一条指令需要3个机器周期数，一个机器周期包含4个时钟周期，所以CPI=3×4=12，这里计算 的都是周期的个数，和具体的时间ns纳秒没有关系，若带上具体的时间，一个时钟周期T=2ns，一个机器周期就是2×4=8ns，执行一条指令需要三个机 器周期得出执行一条指令需要的具体时间为3×8=24ns，执行每条指令的需要的时钟周期数CPI换句话说就是把执行每条指令需要的时间24ns换算成时 钟周期个数表示，为多少个时钟周期个数?时钟周期是最基本的时间操作单位，500MHz主频的处理器一个时钟周期为2ns，24ns等于多少个时钟周期？24/2=12个时钟周期，即那一句：“每条指令的时钟周期数CPI=12”。

 

CPI，IPC的关系及性能相关描述

        每指令周期数（CPI）是一个很重要的高级指标，用来描述CPU如何使用他的时钟周期，同时也可以用来理解CPU使用率的本质。这个指标也可以被表示未每周期指令书（instructions per cycle，IPC），即CPI的倒数。

        CPI较高代表CPU经常陷入停滞，通常都是在访问内存。而较低的CPI代表CPU基本没有停滞，指令吞吐量较高。这些指标指明了性能调优的主要工作方向。

        内存访问密集的负载，可以通过下面的方法提高性能，如使用更快的内存（DRAM）、提高内存本地性（软件配置），或者减少内存I/O数量。使用更高时钟频率的CPU并不能达到预期的性能目标，因为CPU还是需要为等待内存I/O完成而花费同样的时间。换句话说，更快的CPU意味着更多的停滞周期，而指令完成速率不变。

        CPI的高低与否实际上和处理器以及处理器功能有关，可以通过实验方法运行已知的负载得出。例如，你会发现高CPI的负载可以使CPI达到10或者更高，而在低CPI的负载下，CPI低于1（受益于前述的指令流水线和宽度技术，这是可以达到的）。

        值得注意的是，CPI代表了指令处理的效率，但并不代表指令本身的效率。假设有一个软件改动，加入了一个低效率的循环，这个循环主要在操作CPU寄存器（没有停止周期）：这种改动可能会降低总体CPI，但会提高CPU的使用和利用度。

 

uptime命令，执行结果如下：

 1、10:19:04 //系统当前时间 
2、up 257 days, 18:56 //主机已运行时间,时间越大，说明你的机器越稳定。 
3、12 user //用户连接数，是总连接数而不是用户数 
4、load average // 系统平均负载，统计最近1，5，15分钟的系统平均负载（和vmstat的r列相关联）

 

uptime得出的1分钟、5分钟、15分钟的三个值除以逻辑核数都大于1，说明cpu负载很大，至于瓶颈需要分析了：

CPU 密集型进程，使用大量 CPU 会导致平均负载升高，这时候两者是一致的。
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。
大量等待 CPU 的进程调度也会导致平均负载很高，此时的 CPU 使用率也会比较高

 

工具法检查CPU：

1. uptime：检查负载平均数以确认CPU负载是随时间上升还是下降。负载平均数超过了CPU数量通常代表CPU饱和。

2. vmstat：每秒运行vmstat，然后检查空闲列，看看还有多少余量。少于10%可能是一个问题。

3.mpstat：检查单个热点（繁忙）CPU，挑出一个可能的线程扩展性问题。

4.top/prstat ： 看看哪个进程和用户是CPU消耗大户。

5.pidstat /prstat： 把CPU消耗大户分解成用户和系统时间。

6. perf / dtrace / stap / oprofile ： 从用户时间或者内核时间的角度剖析CPU使用的堆栈跟踪，以了解为什么使用这么多CPU。

7. perf / cpustat : 测量CPI。

 

USE方法检查CPU

USE方法可以在性能调查的早期，在更深入和更耗时的其他策略之前，用来发现所有组件内的瓶颈和错误。

对于每个CPU，检查一下内容：

使用率：CPU繁忙的时间（未在空闲线程中）

饱和度：可运行线程排队等待CPU的程度

错误：CPU错误，包括可改正错误

错误可以优先检查，因为检查通常较快，并且最容易理解。有些处理器和操作系统可以感知到可以改正错误的上升（错误更正码，ECC），并在不可改正错误造成CPU失效前关闭一个CPU作为警示。检查错误包括检查是否所有CPU都在线。

 

 

 

 

 

参考资料：https://blog.csdn.net/xiaojianpitt/article/details/7613489/

《性能之巅》