CPU使用率到100%，有哪些因素影响？

布满荆棘的人生 2022-10-12 01:50 208阅读 0赞

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转自 | 涛哥依旧

最近，一位同事急匆匆跑过来跟我说：糟糕了，服务器CPU的使用率达100%了。

我心想不可能啊，CPU有那么多核，怎会跑满？于是看了一眼，结果虚惊一场。

这位同事看到的100%，并非指整个CPU使用率到了100%，而是指CPU某些核的使用率到了100%.

趁此机会，我来聊聊与CPU相关的概念，对很多软件开发和运维人员来说，这些概念是必须要掌握的：

*  CPU主频
 *  多个CPU
 *  多核CPU
 *  逻辑核(超线程)
 *  大小端

以一款CPU为例，看下具体参数：

![ec30dbb17a77165bb902085ac0a4d0cf.png][]

## CPU主频(时钟频率)  ##

在上面这些参数中，人们最熟知的是CPU主频(时钟频率)。买电脑时，肯定需要看CPU主频是多少。

我们知道：CPU时钟越快，产生上升沿/下降沿的速度就越快，就能更快地迫使其它器件做相应工作。

CPU的时钟，就像龙舟比赛的击鼓人，击鼓频率越快，就迫使划船的人跟上节奏，结果龙舟也越快。

![038b3e02a1d947e0bf783be6b6591ac4.png][]

从CPU参数可以看到，该CPU有12个物理核，每个物理核对应2个逻辑核(超线程技术)。所以，从外部看，该CPU有24个核(逻辑核)。

也就是说，该CPU有12个物理上的运算器&控制器，有24个逻辑上的运算器&控制器。

## 多个CPU ##

我们看linux命令lscpu给出的信息：

Socket(s):             2

可以看到，在这台服务器上，总共插了2个CPU,  这2个CPU是物理上的CPU, 人眼可以看到，手也可以触摸到：

![31bb28779204ce8dd5c7a66a88a1c4ae.png][]

## 多核CPU ##

我们看linux命令lscpu给出的信息：

Core(s) per socket:    12

可以看到，针对每一个物理CPU而言，内部有12个物理核。也就是说，在一个物理CPU内，有12个物理层面的运算器&控制器，它们是实实在在存在的。

很霸气的感觉，12个物理核如下图所示：

![e6b580128785a374cb520fa596507bff.png][]

## 逻辑核(超线程) ##

我们看linux命令lscpu给出的信息：

Thread(s) per core:    2

由于Intel采用了超线程技术，所以每个物理核对应2个逻辑核：

![fbf8796d10255e0f4eef90b599294855.png][]

要注意，在物理上看来，只有一个核，但采用了超线程技术，在使用时，实际效果是2个核在同时并行(不是同步并发)工作，也即有2个逻辑核，如下图所示：

![7764dc2466ac075cd694e400247b7505.png][]

那么，在上面这台服务器中，有多少个逻辑核呢？

服务器中插有2个物理CPU, 每个物理CPU有12个物理核，每个物理核有2个逻辑核，故总共48个逻辑核。

因此，当操作系统俯视CPU硬件时，它看到的是，在计算机中，有48个核，即有48个运算器&控制器。

对于操作系统而言，它可以认为有48个CPU核在同时并行(不是同步并发)为它提供服务，lscpu查出的信息如下：

CPU(s):                48

这里的48个CPU(s), 其实就是48个逻辑核。有时，我们也可以说，这台服务器有48个核。

这台服务器有2个CPU, 针对其中一个CPU，我们也可以说，它是"**12核24线程**"。

## 操作系统对核的分配  ##

需要注意的是，如上的服务器有2个CPU,  每个CPU有12物理核，每个物理核有2个逻辑核，这仅仅是针对特定服务器和CPU的。

其他计算机或者CPU, 就不一定如此了。来看我的另外一台服务器，配置略微寒酸：总共只有1个CPU, 1个物理核，1个逻辑核:

ubuntu@VM-0-15-ubuntu:~$ lscpu
    Architecture:          x86_64
    CPU op-mode(s):        32-bit, 64-bit
    Byte Order:            Little Endian
    CPU(s):                1
    On-line CPU(s) list:   0
    Thread(s) per core:    1
    Core(s) per socket:    1
    Socket(s):             1
    NUMA node(s):          1
    Vendor ID:             GenuineIntel
    CPU family:            6Model:                 79
    Model name:            Intel(R) Xeon(R) CPU E5-26xx v4
    Stepping:              1CPU MHz:               2394.446
    BogoMIPS:              4788.89
    Hypervisor vendor:     KVM
    Virtualization type:   full
    L1d cache:             32K
    L1i cache:             32K
    L2 cache:              4096K
    NUMA node0 CPU(s):     0
    Flags:                 fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic sep mtrr pge mca cmov pat pse36 clflush mmx fxsr sse sse2 ss ht syscall nx lm constant_tsc rep_good nopl eagerfpu pni pclmulqdq ssse3 fma cx16 pcid sse4_1 sse4_2 x2apic movbe popcnt tsc_deadline_timer aes xsave avx f16c rdrand hypervisor lahf_lm abm 3dnowprefetch bmi1 avx2 bmi2 rdseed adx xsaveopt
    ubuntu@VM-0-15-ubuntu:~$

如果在这个单核服务器上，运行如下的死循环程序，会如何呢？

#include <stdio.h>int main(){  while(1);  // 死循环  return 0;}

观察top命令给出的结果，可以看到，1个进程就消耗了大约99.0%的CPU，整个CPU的使用率达到99.7%：

![c3b8b28f1dd52cb6e1d66209e4023762.png][]

那么，如果开启2个进程并发执行呢？可以看到，每个进程几乎都是占用49.x%的CPU，整个CPU的使用率达到99.7%：

![d5c69ca7ebf67e194b9edb09ae69ccab.png][]

那么，如果开启3个进程并发执行呢？可以看到，每个进程几乎都是占用32.x%的CPU，整个CPU的使用率达到98.7%：

![d867cdcd021828a530d71703f9c57208.png][]

可以看到，整个CPU几乎被瓜分殆尽。这种调度和分配，是由操作系统完成的。

再来看多核CPU的情况，我找了另一台服务器，有32个逻辑核，简称32个核。运行一下死循环进程，用top命令来分析。

可以看到，1个进程占满1个核，使用率100%， 而服务器32个核的使用率是3.6%：

![9de412acc5ffed55e4ee485e0b6a2b92.png][]

运行2个进程，可以看到，2个进程都占用99.7%的核，而服务器32个核的使用率是6.5%：

![fb5cbe47da443cc7da42bf3e820260b6.png][]

运行3个进程，可以看到，3个进程都占用100%的核，而服务器32个核的使用率是9.8%：

![a32a9e7252d37b4a473e1717fee22b34.png][]

看到使用率为100%时，不要紧张，不要以为CPU就用完了，这台服务器有32个核呢(拥有3200%的能力)。

来看下3个进程时，每个核的具体使用情况(3个进程，总共大概占用300%的核)：

![213c0b69c82df13edb935373ccc3c382.png][]

这些值会动态地变化，而且不一定是消耗在某些固定的核上。核的调度和资源分配，由操作系统来完成：

![aa10772f91f32b6a21181909d4d846bd.png][]

## CPU大小端 ##

最后，来看一个大小端的问题，看lscpu命令的信息：

Byte Order:            Little Endian

它的含义是: CPU是小端模式。相信几乎所有的程序员都听说过这个概念，我们具体来测试一下。

下面是在Intel CPU + Windows + VC++6.0上的测试结果，可以看到：低位的0x78存储在地址较小的位置(**小端模式**)：

![246d393021d60f0a5d7e611c7d06dc55.png][]

下面是对8051单片机进行的仿真测试，可以看到：高位的0x12存储在地址较小的位置(**大端模式**)：

![486a27de81964806b1e5b2e772364b50.png][]

至此为止，我们对CPU的基本参数有了大致了解，这也是linux相关的开发、运维人员必须掌握的。

以后也可以谈笑风生地聊多个CPU、多核CPU、逻辑核和大小端了，而不是一如既往地一知半解。

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[c3b8b28f1dd52cb6e1d66209e4023762.png]: /images/20221005/06184c220e8142408232bdff18b7c785.png
[d5c69ca7ebf67e194b9edb09ae69ccab.png]: /images/20221005/ada500815b9c498b9ffb54a5ddf3de01.png
[d867cdcd021828a530d71703f9c57208.png]: /images/20221005/1def8698be52448b809d2f34d3072f00.png
[9de412acc5ffed55e4ee485e0b6a2b92.png]: /images/20221005/809efbc352934f49af5d51bbaf76964d.png
[fb5cbe47da443cc7da42bf3e820260b6.png]: /images/20221005/82c0dd6a3a7b4395ab41145174539e2d.png
[a32a9e7252d37b4a473e1717fee22b34.png]: /images/20221005/d149587a256843f98f7e3b07a710873b.png
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[aa10772f91f32b6a21181909d4d846bd.png]: /images/20221005/6f8bd857d0f2469386bbcc0b61e7171d.png
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