linux 性能优化之CPU性能

linux 性能优化之CPU性能

一、理解CPU信息：

物理 cpu 数（physical cpu）：指主板上实际插入的 cpu 硬件个数（socket）。

#查看物理 cpu 数
cat /proc/cpuinfo| grep "physical id"| sort| uniq| wc -l

核心（core）:一开始，每个物理 cpu 上只有一个核心（a single core），对操作系统而言，也就是同一时刻只能

运行一个进程/线程。 为了提高性能，cpu 厂商开始在单个物理 cpu 上增加核心（实实在在的硬件存在），也就出

现了双核心 cpu（dual-core cpu）以及多核心 cpu（multiple cores），这样一个双核心 cpu 就是同一时刻能够

运行两个进程/线程的。

#每个物理 cpu 中 核心数(core 数)：
cat /proc/cpuinfo | grep "cpu cores" | uniq

逻辑 processer： logical processor：是为了提高单个 core 同一时刻能够执行的多线程数的技术。

AMD的SMT，Intel 的HT技术。

总的逻辑 cpu 数 = 物理 cpu 数 * 每颗物理 cpu 的核心数 * 每个核心的超线程数

#总的逻辑 cpu 数（processor 数）：
cat /proc/cpuinfo| grep "processor"| wc -l

#查看 cpu 型号：
cat /proc/cpuinfo | grep name | cut -f2 -d: | uniq -c

二、什么是平均负载？

平均负载是指单位时间内，系统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。

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。

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。

不可中断状态实际上是系统对进程和硬件设备的一种保护机制。

当平均负载高于逻辑 CPU 数量 80% 的时候，你就应该分析排查负载高的问题了。一旦负载过高，就可能导致进程

响应变慢，进而影响服务的正常功能。

平均负载提供了一个快速查看系统整体性能的手段，反映了整体的负载情况。但只看平均负载本身，我们并不能直

接发现，到底是哪里出现了瓶颈。所以，在理解平均负载时，也要注意：平均负载高有可能是 CPU 密集型进程导

致的；平均负载高并不一定代表 CPU 使用率高，还有可能是 I/O 更繁忙了；当发现负载高的时候，你可以使用

mpstat、pidstat 等工具，辅助分析负载的来源。

分析负载的案例

1. 安装 stress 和 sysstat apt install stress sysstat

CPU 密集型

1. stress 施加压力 stress --cpu 1 --timeout 600
2. 观察平均负载变化 watch -d uptime
3. 观察所有CPU的使用情况 mpstat -P ALL 5
4. 按线程观察CPU使用情况 pidstat -u 5 1

io 密集型

1. 施加io压力 stress -i 1 --timeout 600
2. 观察CPU情况，系统 CPU 使用率升高到了 23.87，而 iowait 高达 67.53%。这说明，平均负载的升高是由于 iowait 的升高。

大量进程场景

1. 施加多进程压力，stress -c 8 --timeout 600
2. pidstat -u 5 1 会发现每个进程等待CPU的时间为 75%。

CPU 上下文切换

1. 每个任务运行前，需要系统事先帮它设置好 CPU 寄存器和程序计数器。
2. 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。
3. 根据任务的不同，CPU 的上下文切换就可以分为几个不同的场景，也就是进程上下文切换、线程上下文切换以及中断上下文切换