linux cpu性能分析命令总结及cpu绑定方法-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/comprel/article/details/96641321

本文详细介绍了Linux系统中CPU的基本概念，包括处理器、核数、硬件线程数、缓存层次等，并探讨了CPU运行队列和调度器的工作原理。同时，文章列举了多种用于分析CPU性能的命令，如uptime、vmstat、mpstat等，并讲解了如何使用taskset进行CPU绑定以优化性能。此外，还提到了CPU组的概念，用于提升特定进程的执行效率。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

cpu ：

概念：

处理器
核数
硬件线程数
cpu指令
逻辑cpu
调度器
运行队列

cpu内存缓存，缓存有多级缓存， cpu寄存器，运行速度最快，成本最高，空间也最小

在寄存器下一般还会有多级缓存，多级缓存（一级缓存，二级缓存等）的空间依然比较小，因此有主存，也就是常说的内存

cpu运行队列有正在运行的，排队的和就绪队列，在cpu根据时钟分片，排队调度运行，因此会出现一定的时延

对于多核处理系统，内核通常会为每个cpu分配一个队列进行管理，并尽量使得线程的每次都被放入同一个队列中，也就是运行在一个cpu上，这样，如果cpu缓存中保存了线程的相关信息，运行时将会减少延时，如果被调度到其他cpu上，因为该cpu没有线程的相关信息，因此需要进行数据交换，从其他cpu获取信息，或者从其他缓存中加载对应的线程信息，会出现一定的延迟

时钟频率，时钟分片

MMU 负责虚拟地址到物理地址的转换

信息分析工具：

uptime

可以查看平均负载

]# uptime
 23:50:37 up 1 day,  2:44,  3 users,  load average: 0.02, 0.02, 0.05

vmstat 包括系统范围的cpu平均负载

# vmstat 1
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 3  0   1272 146700      0 444548    0    0     5    22   47  210  0  0 99  0  0
 0  0   1272 146660      0 444548    0    0     0     0   43   83  0  1 99  0  0
 0  0   1272 146660      0 444548    0    0     0     0   35   68  0  0 100  0  0
 0  0   1272 146660      0 444548    0    0     0     0   43   77  0  0 100  0  0

最后几行为cpu信息

第一行为系统启动以来的总结信息

r运行队列长度 - 可运行线程的总数

us 用户态时间

sy 内核态时间也就是系统时间

id 空闲时间

wa 等待IO

st 偷取， cpu在虚拟化环境下其他租户上的开销，这个可以在宿主机上通过分配给虚拟机的使用占比来进行分配，防止可以防止一个虚拟机占满全部cpu的情况

mpstat 单个cpu的统计信息
```
mpstat
Linux 3.10.0-123.el7.x86_64 (mirror)    07/06/2019      _x86_64_        (1 CPU)

11:59:37 PM  CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
11:59:37 PM  all    0.34    0.00    0.25    0.01    0.00    0.04    0.00    0.00    0.00   99.36
```
user 用户态时间

nice 以nice优先级运行的进程用户态时间

sys 内核态时间

iowait 等待IO时间

irq 硬件中断cpu用量

soft 软件中断cpu用量

steal 耗费在服务其他租户的时间根据宿主机调度比例获得

guest 访问虚拟机的时间

idle 空闲
sar 历史统计信息

ps aux |sort -rnk3 |head -10


[root@dev ~]# ps aux |sort -rnk3 |head -10
root      50073  0.3  4.5 992184 45584 ?        Sl   09:52   0:05 mongod -f /data/mongodb/conf/mongodb.cfg
root       6166  0.1  0.7 136916  7572 ?        Ssl  Jul19   1:17 /root/redis/src/redis-server 0.0.0.0:6379
root       2408  0.1  0.7 249944  7744 ?        Sl   Jul19   1:58 /usr/sbin/vmtoolsd
USER        PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY      STAT START   TIME COMMAND
root         99  0.0  0.0      0     0 ?        S    Jul19   0:00 [rcuob/90]
root         98  0.0  0.0      0     0 ?        S    Jul19   0:00 [rcuob/89]
root         97  0.0  0.0      0     0 ?        S    Jul19   0:00 [rcuob/88]

查看僵尸进程：

[root@dev ~]# ps -ef|grep defunct
root      52570  51535  0 10:30 pts/0    00:00:00 grep --color=auto defunct

查看D进程：

D进程是不可中断的， D Uninterruptible sleep (usually IO)

ps aux | awk '($8=="Z" || $8=="Zs" || $8=="D"){print}'

pidstat 每个进程/线程 cpu用量分解

# pidstat
Linux 3.10.0-123.el7.x86_64 (mirror)    07/07/2019      _x86_64_        (1 CPU)

12:05:04 AM   UID       PID    %usr %system  %guest    %CPU   CPU  Command
12:05:04 AM     0         1    0.00    0.01    0.00    0.01     0  systemd
12:05:04 AM     0         2    0.00    0.00    0.00    0.00     0  kthreadd
12:05:04 AM     0         3    0.00    0.00    0.00    0.00     0  ksoftirqd/0
12:05:04 AM     0       137    0.00    0.01    0.00    0.01     0  rcu_sched
12:05:04 AM     0       138    0.00    0.01    0.00    0.01     0  rcuos/0


# pidstat -p 46552
Linux 3.10.0-123.el7.x86_64 (mirror)    07/07/2019      _x86_64_        (1 CPU)

12:06:21 AM   UID       PID    %usr %system  %guest    %CPU   CPU  Command
12:06:21 AM   994     46552    0.00    0.00    0.00    0.00     0  epmd

[root@dev ~]# pidstat -p 50073 1
Linux 3.10.0-123.el7.x86_64 (dev)       07/20/2019      _x86_64_        (1 CPU)

10:18:50 AM   UID       PID    %usr %system  %guest    %CPU   CPU  Command
10:18:51 AM     0     50073    0.00    0.00    0.00    0.00     0  mongod
10:18:52 AM     0     50073    0.00    1.01    0.00    1.01     0  mongod
10:18:53 AM     0     50073    0.00    0.00    0.00    0.00     0  mongod
10:18:54 AM     0     50073    1.01    0.00    0.00    1.01     0  mongod
10:18:55 AM     0     50073    0.00    0.00    0.00    0.00     0  mongod

time 个一个命令指示，带cpu用量分解
Dtrace
perf cpu剖析与跟踪， cpu性能计数，可以分析调用路径
lsof -i |grep 3255 查找对应进程

线程： ps -eLF |awk ‘{print $3}’|uniq -c|sort -rnk 1 |sed -n ‘1,10p’

查找线程异常

第一列为线程个数，第二列为进程号

[root@dev ~]# ps -eLF |awk '{print $3}'|uniq -c|sort -rnk 1 |sed -n '1,10p'
    303 2
     29 1
     23 1
     19 2844
      5 51535
      5 1
      4 2
      4 2
      3 2
      3 2

进程绑定：

一个进程可以绑定在一个或者多个cpu上。这样可以提高性能

命令 taskset

# taskset  -h
Usage: taskset [options] [mask | cpu-list] [pid|cmd [args...]]

Options:
 -a, --all-tasks         operate on all the tasks (threads) for a given pid
 -p, --pid               operate on existing given pid
 -c, --cpu-list          display and specify cpus in list format
 -h, --help              display this help
 -V, --version           output version information

The default behavior is to run a new command:
    taskset 03 sshd -b 1024
You can retrieve the mask of an existing task:
    taskset -p 700
Or set it:
    taskset -p 03 700
List format uses a comma-separated list instead of a mask:
    taskset -pc 0,3,7-11 700
Ranges in list format can take a stride argument:
    e.g. 0-31:2 is equivalent to mask 0x55555555

For more information see taskset(1).

例如：

taskset  -pc 5-7 10889

将进程10889绑定到5-7cpu上

独占cpu组

Linux提供了cpu组，允许编组cpu并为其分配进程，可以提高性能，但同时也会减少其他进程的可调用cpu

mkdir /dev/cpuset; cd /dev/cpuset
mount -t cpuset cpuset /dev/cpuset
 
mkdir prodset; cd prodset
 
echo 7-10 > cpus      
echo 1 > cpu_exclusive 
echo 11111 > tasks