cpu瓶颈分析

一、cpu性能指标

1  cpu使用率

1.1  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，

通常说明应用程序笔记繁忙。

1.2  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。

1.3  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。

1.4  软中断和硬中断的cpu使用率：分别表示内核调用软中断、硬中断处理程序的四件百分比，他们的使用率高，通常说明系统发生了大量的中断。

1.5  虚拟化环境中用到的窃取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。

2  平均负载：也就是系统平均活跃进程数。理想情况，平均负载等于逻辑cpu个数，这表示每个cpu都恰好被充分使用。如果平均负载大于逻辑cpu的个数，就表示负载比较重了。

3  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，会将原本运行的cpu时间，消耗在寄存器、内核栈以及虚拟内存数据保存和恢复上，缩短进程

真正运行的时间，成为性能瓶颈。

4  cpu缓存命中率：cpu的发展速度远远高于内存的发展速度，cpu的处理速度就比内存的访问速度快得多。这样，cpu在访问内存的时候，免不了要等待内存的相应。为了协调这

两者的巨大性能差距，cpu缓存（通常是多级缓存）就出现了：

cpu缓存的速度介于cpu和内存之间，缓存是热点的内存数据。根据不断增长的热点数据，这些缓存按照大小不同分为L1、L2、L3等三级缓存，其中L1和L2常用在

单核中，L3则用在多核中。

从L1到L3，三级缓存的大小依次增大，相应的性能一次降低（比内存还是好很多）。而他们的命中率，衡量的是cpu缓存的复用情况，命中率越高，则表示性能越好。

便于理解做了如下热图： 

 二  性能分析工具

1  平均负载：uptime查看了系统的平均负载，mpstat和pidstat分别观察了每个cpu和每个进程的cpu使用情况，进而找到导致平均负载升高的进程，压测工具stress。

2  上下文切换：vmstat查看系统上下文切换次数和中断次数，pidstat观察进程的自愿上下文切换和非自愿上下文切换；最后通过pidstat观察进程的上下文切换，找出

上下文切换次数增多的根源，压测工具sysbench。

三  快速定位分析：

实际分析我们可以按照上诉方法进行，但较为盲目，为便于快速定位问题，一般都借助于以下命令：top、vmstat、pidstat，原理图见下：

--top：可以得到各种cpu的使用情况、僵尸进程、平均负载等信息。

--vmstat：上下文切换次数、中断次数、运行状态、不可中断状态的进程数。

--pidstat：进程的用户cpu使用率、系统cpu使用率、自愿上下文切换、非自愿上下文切换、

上面三个工具的输出信息相互关联。

四  perf、strace、execsnoop工具的使用：

这三个工具一般结合具体事例、具体场景使用，基本命令自行百度，后续遇到具体的场景，会将具体用法补录在此。