Linux命令----分析CPU的瓶颈

不念不忘少年蓝@ 2022-08-06 13:18 141阅读 0赞

衡量CPU性能的指标：

1，用户使用CPU的情况；  
CPU运行常规用户进程  
CPU运行niced process  
CPU运行实时进程

2，系统使用CPU情况；  
用于I/O管理：中断和驱动  
用于内存管理：页面交换  
用户进程管理：进程开始和上下文切换

3，WIO：用于进程等待磁盘I/O而使CPU处于空闲状态的比率。

4，CPU的空闲率，除了上面的WIO以外的空闲时间

5，CPU用于上下文交换的比率

6，nice

7，real-time

8，运行进程队列的长度

9，平均负载

Linux中常用的监控CPU整体性能的工具有：

 mpstat： mpstat 不但能查看所有CPU的平均信息，还能查看指定CPU的信息。

 vmstat：只能查看所有CPU的平均信息；查看cpu队列信息；

 iostat: 只能查看所有CPU的平均信息。

 sar： 与mpstat 一样，不但能查看CPU的平均信息，还能查看指定CPU的信息。

 top：显示的信息同ps接近，但是top可以了解到CPU消耗，可以根据用户指定的时间来更新显示。

下面一一介绍：

一，vmstat

\[root@localhost ~\]\# vmstat -n 3 (每个3秒刷新一次）  
procs \-----------memory--------------------swap-- ----io---- \--system---- ------cpu--------  
r  b swpd free buff cache si so bi bo  in cs us sy id wa  
1 0 144 186164 105252 2386848 0 0 18 166 83 2 48 21 31 0  
2 0 144 189620 105252 2386848 0 0 0 177 1039 1210 34 10 56 0  
0 0 144 214324 105252 2386848 0 0 0 10 1071 670 32 5 63 0  
0 0 144 202212 105252 2386848 0 0 0 189 1035 558 20 3 77 0  
2 0 144 158772 105252 2386848 0 0 0 203 1065 2832 70 14 15 0

红色内容标示CPU相关的参数

PROC(ESSES)

\--r:如果在processes中运行的序列(process r)是连续的大于在系统中的CPU的个数表示系统现在运行比较慢,有多数的进程等待CPU.  
如果r的输出数大于系统中可用CPU个数的4倍的话,则系统面临着CPU短缺的问题,或者是CPU的速率过低,系统中有多数的进程在等待CPU,造成系统中进程运行过慢.

SYSTEM  
\--in:每秒产生的中断次数  
\--cs:每秒产生的上下文切换次数  
上面2个值越大，会看到由内核消耗的CPU时间会越大

CPU  
\-us:用户进程消耗的CPU时间百分  
us的值比较高时，说明用户进程消耗的CPU时间多，但是如果长期超50%的使用，那么我们就该考虑优化程序算法或者进行加速（比如PHP/PERL）  
\-sy:内核进程消耗的CPU时间百分比（sy的值高时，说明系统内核消耗的CPU资源多，这并不是良性表现，我们应该检查原因）

\-wa:IO等待消耗的CPU时间百分比  
wa的值高时，说明IO等待比较严重，这可能由于磁盘大量作随机访问造成，也有可能磁盘出现瓶颈（块操作）。  
\-id:CPU处于空闲状态时间百分比,如果空闲时间(cpu id)持续为0并且系统时间(cpu sy)是用户时间的两倍(cpu us) 系统则面临着CPU资源的短缺.  
  
解决办法:  
当发生以上问题的时候请先调整应用程序对CPU的占用情况.使得应用程序能够更有效的使用CPU.同时可以考虑增加更多的CPU. 关于CPU的使用情况还可以结合mpstat, ps aux top prstat –a等等一些相应的命令来综合考虑关于具体的CPU的使用情况,和那些进程在占用大量的CPU时间.一般情况下，应用程序的问题会比较大一些.比如一些SQL语句不合理等等都会造成这样的现象.

二，sar  
sar \[options\] \[-A\] \[-o file\] t \[n\]  
  
在命令行中，n 和t 两个参数组合起来定义采样间隔和次数，t为采样间隔，是必须有  
的参数，n为采样次数，是可选的，默认值是1，-o file表示将命令结果以二进制格式  
存放在文件中，file 在此处不是关键字，是文件名。options 为命令行选项，sar命令  
的选项很多，下面只列出常用选项：  
  
\-A：所有报告的总和。  
\-u：CPU利用率  
\-v：进程、I节点、文件和锁表状态。  
\-d：硬盘使用报告。  
\-r：内存和交换空间的使用统计。  
\-g：串口I/O的情况。  
\-b：缓冲区使用情况。  
\-a：文件读写情况。  
\-c：系统调用情况。  
\-q：报告队列长度和系统平均负载  
\-R：进程的活动情况。  
\-y：终端设备活动情况。  
\-w：系统交换活动。  
\-x \{ pid | SELF | ALL \}：报告指定进程ID的统计信息，SELF关键字是sar进程本身的统计，ALL关键字是所有系统进程的统计。

用sar进行CPU利用率的分析

\#sar -u 2 10  
Linux 2.6.18-53.el5PAE (localhost.localdomain) 03/28/2009

07:40:17 PM CPU %user %nice %system %iowait %steal %idle  
07:40:19 PM all 12.44 0.00 6.97 1.74 0.00 78.86  
07:40:21 PM all 26.75 0.00 12.50 16.00 0.00 44.75  
07:40:23 PM all 16.96 0.00 7.98 0.00 0.00 75.06  
07:40:25 PM all 22.50 0.00 7.00 3.25 0.00 67.25  
07:40:27 PM all 7.25 0.00 2.75 2.50 0.00 87.50  
07:40:29 PM all 20.05 0.00 8.56 2.93 0.00 68.46  
07:40:31 PM all 13.97 0.00 6.23 3.49 0.00 76.31  
07:40:33 PM all 8.25 0.00 0.75 3.50 0.00 87.50  
07:40:35 PM all 13.25 0.00 5.75 4.00 0.00 77.00  
07:40:37 PM all 10.03 0.00 0.50 2.51 0.00 86.97  
Average: all 15.15 0.00 5.91 3.99 0.00 74.95

在显示内容包括：  
  
　　%user：CPU处在用户模式下的时间百分比。

%nice：CPU处在带NICE值的用户模式下的时间百分比。  
　　%system：CPU处在系统模式下的时间百分比。  
　　%iowait：CPU等待输入输出完成时间的百分比。

%steal：管理程序维护另一个虚拟处理器时，虚拟CPU的无意识等待时间百分比。  
　　%idle：CPU空闲时间百分比。

在所有的显示中，我们应主要注意%iowait和%idle，%iowait的值过高，表示硬盘存在I/O瓶颈，%idle值高，表示CPU较空闲，如果%idle值高但系统响应慢时，有可能是CPU等待分配内存，此时应加大内存容量。%idle值如果持续低于10，那么系统的CPU处理能力相对较低，表明系统中最需要解决的资源是CPU。

用sar进行运行进程队列长度分析：

\#sar -q 2 10  
Linux 2.6.18-53.el5PAE (localhost.localdomain) 03/28/2009

07:58:14 PM runq-sz plist-sz ldavg-1 ldavg-5 ldavg-15  
07:58:16 PM 0 493 0.64 0.56 0.49  
07:58:18 PM 1 491 0.64 0.56 0.49  
07:58:20 PM 1 488 0.59 0.55 0.49  
07:58:22 PM 0 487 0.59 0.55 0.49  
07:58:24 PM 0 485 0.59 0.55 0.49  
07:58:26 PM 1 483 0.78 0.59 0.50  
07:58:28 PM 0 481 0.78 0.59 0.50  
07:58:30 PM 1 480 0.72 0.58 0.50  
07:58:32 PM 0 477 0.72 0.58 0.50  
07:58:34 PM 0 474 0.72 0.58 0.50  
Average: 0 484 0.68 0.57 0.49

runq-sz 准备运行的进程运行队列。  
plist-sz 进程队列里的进程和线程的数量  
ldavg-1 前一分钟的系统平均负载( load average)  
ldavg-5 前五分钟的系统平均负载( load average)  
ldavg-15 前15分钟的系统平均负载( load average)

顺便说一下load avarage的含义

load average可以理解为每秒钟CPU等待运行的进程个数.

在Linux系统中，sar -q、uptime、w、top等命令都会有系统平均负载load average的输出，那么什么是系统平均负载呢？  
　　系统平均负载被定义为在特定时间间隔内运行队列中的平均任务数。如果一个进程满足以下条件则其就会位于运行队列中：  
　　- 它没有在等待I/O操作的结果  
　　- 它没有主动进入等待状态(也就是没有调用'wait')  
　　- 没有被停止(例如：等待终止)  
　　例如：  
\# uptime  
　　20:55:40 up 24 days, 3:06, 1 user, load average: 8.13, 5.90, 4.94  
　　命令输出的最后内容表示在过去的1、5、15分钟内运行队列中的平均进程数量。  
　　一般来说只要每个CPU的当前活动进程数不大于3那么系统的性能就是良好的，如果每个CPU的任务数大于5，那么就表示这台机器的性能有严重问题。对 于上面的例子来说，假设系统有两个CPU，那么其每个CPU的当前任务数为：8.13/2=4.065。这表示该系统的性能是可以接受的。

三，iostat

\#iostat -c 2 10  
Linux 2.6.18-53.el5PAE (localhost.localdomain) 03/28/2009

avg-cpu: %user %nice %system %iowait %steal %idle  
30.10 0.00 4.89 5.63 0.00 59.38

avg-cpu: %user %nice %system %iowait %steal %idle  
8.46 0.00 1.74 0.25 0.00 89.55

avg-cpu: %user %nice %system %iowait %steal %idle  
22.06 0.00 11.28 1.25 0.00 65.41

四，mpstat

mpstat是Multiprocessor Statistics的缩写，是实时系统监控工具。其报告与CPU的一些统计信息，这些信息存放在/proc/stat文件中。在多CPUs系统里，其不但能查看所有CPU的平均状况信息，而且能够查看特定CPU的信息。下面只介绍 mpstat与CPU相关的参数，mpstat的语法如下：

mpstat \[-P \{|ALL\}\] \[internal \[count\]\]

参数的含义如下：

参数 解释

\-P \{|ALL\} 表示监控哪个CPU， cpu在\[0,cpu个数-1\]中取值

internal 相邻的两次采样的间隔时间

count 采样的次数，count只能和delay一起使用

当没有参数时，mpstat则显示系统启动以后所有信息的平均值。有interval时，第一行的信息自系统启动以来的平均信息。从第二行开始，输出为前一个interval时间段的平均信息。与CPU有关的输出的含义如下：

参数 解释 从/proc/stat获得数据

CPU 处理器ID

user 在internal时间段里，用户态的CPU时间（%） ，不包含 nice值为负 进程 usr/total\*100

nice 在internal时间段里，nice值为负进程的CPU时间（%） nice/total\*100

system 在internal时间段里，核心时间（%） system/total\*100

iowait 在internal时间段里，硬盘IO等待时间（%） iowait/total\*100

irq 在internal时间段里，软中断时间（%） irq/total\*100

soft 在internal时间段里，软中断时间（%） softirq/total\*100

idle 在internal时间段里，CPU除去等待磁盘IO操作外的因为任何原因而空闲的时间闲置时间 （%） idle/total\*100

intr/s 在internal时间段里，每秒CPU接收的中断的次数 intr/total\*100

CPU总的工作时间=total\_cur=user+system+nice+idle+iowait+irq+softirq

total\_pre=pre\_user+ pre\_system+ pre\_nice+ pre\_idle+ pre\_iowait+ pre\_irq+ pre\_softirq

user=user\_cur – user\_pre

total=total\_cur-total\_pre

其中\_cur 表示当前值，\_pre表示interval时间前的值。上表中的所有值可取到两位小数点。

\#mpstat -P ALL 2 10  
Linux 2.6.18-53.el5PAE (localhost.localdomain) 03/28/2009

10:07:57 PM CPU %user %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %idle intr/s  
10:07:59 PM all 20.75 0.00 10.50 1.50 0.25 0.25 0.00 66.75 1294.50  
10:07:59 PM 0 16.00 0.00 9.00 1.50 0.00 0.00 0.00 73.50 1000.50  
10:07:59 PM 1 25.76 0.00 12.12 1.52 0.00 0.51 0.00 60.10 294.00

五，top

该命令详见：

[http://space.itpub.net/?uid-8554499-action-viewspace-itemid-580475][http_space.itpub.net_uid-8554499-action-viewspace-itemid-580475]

[http_space.itpub.net_uid-8554499-action-viewspace-itemid-580475]: http://space.itpub.net/?uid-8554499-action-viewspace-itemid-580475