系统性能优化分析—CPU消耗

分析CPU消耗，讲白点，就是分析CPU的利用率，包括总的CPU利用率，每个CPU核的利用率和每个进程的CPU利用率。懂得这三种利用率的查询和分析，这一块就算搞定了。

 

一、总的CPU利用率

1、查询命令

vmstat

 

2、命令格式

vmstat 1 10  （每隔一秒显示一次系统的运行状况，共显示10次）

 

3、数据来源

/proc/stat

 

4、命令含义

vmstat命令用来获得UNIX系统有关进程、虚存、页面交换空间及CPU活动的信息。这些信息反映了系统的负载情况。vmstat首次运行时显示自系统启动开始的各项统计信息，之后运行vmstat将显示自上次运行该命令以后的统计信息。用户可以通过指定统计的次数和时间来获得所需的统计信息。

（vmstat第一条结果是从系统开始到现在的平均值，不是实时的值。以后的每个结果也是统计时间内的平均值，而不是实时值。）

 

5、字段含义

 

上图红色方框即是CPU各项指标的利用率情况。

 

us ：在指定时间间隔内CPU在用户态的利用率，即用户进程消耗的CPU时间百分比。（=user+nice）

us 列显示了用户方式下所花费 CPU 时间的百分比。us的值比较高时，说明用户进程消耗的cpu时间多，但是如果长期大于 50%，需要考虑优化用户的程序，比如算法等。

 

sy ：在指定时间间隔内CPU在核心态的利用率，即内核进程消耗的CPU时间百分比。（=system+irq+soft）

sy 列显示了内核进程所花费的cpu时间的百分比。sy的值高时，说明系统内核消耗的CPU资源多。us+sy的参考值为<= 80%，如果us+sy 大于80%说明可能存在CPU资源不足。

 

id ：在指定时间间隔内CPU空闲时间比，即CPU处于空闲状态时间百分比。（=idle, 不包括等待I/O）

id 列显示了cpu处在空闲状态的时间百分比。

 

wa ：在指定时间间隔内CPU因为等待I/O而空闲的时间比，即IO等待消耗的CPU时间百分比。

wa 列显示了IO等待所占用的CPU时间的百分比。这里wa的参考值为 30%，如果wa超过30%，说明IO等待严重，这可能是磁盘大量随机访问造成的，也可能磁盘或者磁盘访问控制器的带宽瓶颈造成的(主要是块操作)。

 

6、其他补充

这里user, irq, soft,idle是接下来要讲的命令 mpstat 的指标；nice指标请参考另一篇博文《进程优先级，进程nice值和%nice的解释》。

 

7、情景分析

如果CPU的sy和us值相加的百分比接近100%，或者运行队列(r) 中等待的进程数(b) 总是不等于 0，则该系统受限于CPU。

 

vmstat的输出哪些信息值得关注？
--proc r:运行的进程比较多，系统很繁忙
--IO bo:磁盘写的数据量稍大，如果大文件的写，10以内基本不用担心，如果是小文件2M以前基本正常
--CPU us:持续大于50，服务高峰期可以接受
--CPU wa:稍微有些同
--CPU id:持续小于50，服务高峰期可以接受

 

二、每个CPU核的利用率

1、查询命令

mpstat

 

2、命令格式

mpstat [-P {|ALL}] [interval [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

interval         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显示自系统启动以后所有信息的平均值。有interval时，第一次输出的信息显示自系统启动以来的平均信息，从第二次开始，输出为前一个interval时间段的平均信息。

 

3、数据来源

/proc/stat

 

4、命令含义

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。

 

5、字段含义

[work@builder linux-2.6.14]$ mpstat

Linux 2.6.16.21-0.8-default (liyawei)   05/31/07

10:23:03     CPU   %user   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal   %idle    intr/s

10:23:05     all        0.50       0.00       0.00    1.99          0.00    0.00    0.00       97.51    271.64

 

CPU：处理器ID。

user：在interval时间段里，用户态的CPU时间（%），不包含nice值为负的进程。

nice：详见另一篇博文《进程优先级，进程nice值和%nice的解释》，此略。

sys ：在interval时间段里，内核态的CPU时间（%），比如进程的创建/切换、互斥锁等CPU开销。

iowait：在interval时间段里，硬盘IO等待时间（%）。

irq  ：在interval时间段里，硬中断时间（%）。

soft：在interval时间段里，软中断时间（%）。

idle：在interval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闲置时间（%）。

intr/s：在interval时间段里，每秒CPU接收的中断的次数。

 

6、示例

范例1：mpstat不带参数，输出为从系统启动以来的平均值。

[work@builder linux-2.6.14]$ mpstat

Linux 2.6.9-5.31AXsmp (builder.redflag-linux.com) 12/16/2005

09:38:46 AM CPU %user %nice %system %iowait %irq %soft %idle intr/s

09:38:48 AM all 23.28 0.00 1.75 0.50 0.00 0.00 74.47 1018.59

 

范例2：每2秒产生所有处理器的统计数据报告，一共产生三个interval 的信息。

[root@server yum_dir]# mpstat -P ALL 2 3

Linux 2.6.18-164.el5 (server.sys.com)    01/04/2010

09:34:20 PM CPU   %user   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft %steal   %idle    intr/s    （从系统启动以来的平均信息）

09:34:22 PM all    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00 100.00   1001.49

09:34:22 PM    0    0.00    0.00    0.50    0.00    0.00    0.00    0.00   99.50   1001.00

09:34:22 PM    1    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00 100.00      0.00

 

09:34:22 PM CPU   %user   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft %steal   %idle    intr/s     （前2秒的平均信息）

09:34:24 PM all    0.00    0.00    0.25    0.00    0.00    0.00    0.00   99.75   1005.00

09:34:24 PM    0    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00 100.00   1005.50

09:34:24 PM    1    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00 100.00      0.00

 

09:34:24 PM CPU   %user   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft %steal   %idle    intr/s     （前2秒的平均信息）

09:34:26 PM all    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00 100.00   1001.49

09:34:26 PM    0    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00 100.00   1001.00

09:34:26 PM    1    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00 100.00      0.00

 

Average:     CPU   %user   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft %steal   %idle    intr/s        （三个interval的平均信息）

Average:     all    0.00    0.00    0.08    0.00    0.00    0.00    0.00   99.92   1002.66

Average:       0    0.00    0.00    0.17    0.00    0.00    0.00    0.00   99.83   1002.49

Average:       1    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00 100.00      0.00

 

三、每个进程的CPU利用率

1、查询命令

pidstat

 

2、命令格式

pidstat [-p <PID>] [interval [count]]

 

针对同一PID，当没有参数时，pidstat显示自系统启动以后的信息的平均值；有interval时，第一次输出的信息显示自系统启动以来的平均信息，从第二次开始，输出为前一个interval时间段的平均信息。

 

3、数据来源

/proc/stat

 

4、示例

范例1：pidstat不带参数，输出为从系统启动以来的平均值。

 

范例2：每隔2秒，显示5次，所有 活动进程的CPU使用情况（注意，仅显示活动进程CPU信息）。

 

范例3：每隔2秒，显示5次，PID为2190的进程的CPU使用情况显示。

 

（全文完）