Linux工具开发与性能分析要点

102、开发一个名为tsastat(8)的Linux工具，该工具能打印多线程状态分析的列，并显示每个状态所花费的时间。它的行为可以类似于pidstat(1)，并生成滚动输出。

开发此工具需要了解以下内容：

• Linux内核线程状态相关知识
• 借助 系统调用 和 内核接口 获取线程状态数据
• 如 /proc 文件系统中的相关信息

开发实现要点：

• 根据已知的多种线程状态（如：
• 用户态
• 内核态
• 可运行态

• 等等）

• 使用合适的编程语言进行开发（如：

• C
• Python

• 等）

• 实现功能包括：

• 数据的采集
• 数据的处理
• 滚动输出

103、描述处理器指令宽度如何提高CPU吞吐量。

处理器指令宽度与性能的关系

处理器 指令宽度 是指处理器一次能够处理的指令位数。

较宽的指令宽度意味着处理器在一个时钟周期内可以处理更多的指令信息。这使得CPU在单位时间内能够执行更多的操作，减少了指令执行的总时间，从而提高了CPU的 吞吐量 。

例如，在处理 多数据并行计算 时，宽指令宽度可以同时对多个数据进行操作，加快了数据处理速度，进而提升了整体的吞吐量。

104、描述当系统 CPU 被可运行的工作过载时会发生什么，包括对应用程序性能的影响。

当系统 CPU 被可运行的工作过载时，可能会出现以下情况：

1. 系统达到饱和点，即某个组件达到 100% 利用率；或者接近 100% 利用率且排队现象频繁且显著。
2. 随着 CPU 调度器延迟增加，响应时间开始下降。
3. 超过峰值性能后，随着添加更多线程，会导致更多上下文切换，消耗 CPU 资源，实际完成的工作量减少，吞吐量开始下降。

105、当没有可运行的工作要执行时，CPU会做什么？

当没有可运行的工作要执行时，CPU通常会进入空闲状态，降低功耗以节省能源，等待新的任务到来。

106、为CPU资源制定一个工作负载特征清单。包括如何获取每个指标，并优先使用现有的操作系统可观测性工具。

以下是CPU资源工作负载特征清单及获取指标方式：

1. CPU负载平均值（利用率 + 饱和度）
   - 部分操作系统（如Solaris）的负载平均值仅显示CPU需求，是CPU工作负载特征化的主要指标；
   - Linux的负载平均值包含其他负载类型。
   - 可通过操作系统工具获取利用率，饱和度指标通常系统级提供，包含在负载平均值中。

2. 用户时间与系统时间比率
   - 显示应用负载类型。

3. 系统调用率

4. 自愿上下文切换率

5. 中断率

后三个比率指标较难解释，反映施加的负载和一定程度的交付性能。

107、开发一个名为bustop(1)的工具，它能像iostat(1)那样展示物理总线或互连的利用率，列出总线列表、各方向的吞吐量列以及利用率。如果可能，还应包含饱和度和错误指标。这需要使用性能监控计数器（PMCs）。

一般来说，开发这样的工具可能需要以下步骤：

1. 研究 PMCs，了解如何使用它们来收集物理总线或互连的相关数据；
2. 设计工具的输出格式，使其与 iostat(1) 类似，包含总线列表、各方向吞吐量和利用率等信息；
3. 编写代码实现数据的收集和处理，并将结果以设计好的格式输出；
4. 若可能，添加饱和度和错误指标的计算和展示功能；
5. 进行测试和优化，确保工具的准确性和稳定性。

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