深入理解“CPU 使用率”

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CPU 使用率是单位时间内 CPU 使用情况的统计，以百分比的方式展示

案例：

最常用什么指标来描述系统的 CPU 性能？

回答

CPU 使用率，而不是平均负载，CPU 上下文切换

CPU 使用率

前言

前面说过，Linux 作为一个多任务操作系统，将每个 CPU 的时间划分为很短的时间片，在通过调度器轮流分配给各个任务使用，因此造成多任务同时运行的错觉

了解节拍率

• 为了维护 CPU 时间，Linux 通过事先定义的节拍率（内核中表示为 HZ），触发时间中断，并使用全局变量 Jiffies 记录了开机以来的节拍数
• 每发生一次时间中断，Jiffies 的值 就加 1。
• 节拍率 HZ 是内核的可配选项，可以设置为 100、250、1000 等
• 不同的系统可能设置不同数值，你可以通过查询 /boot/config 内核选项来查看它的配置值
• 比如在我的系统中， 节拍率设置成了 1000，也就是每秒钟触发 1000 次时间中断。

grep 'CONFIG_HZ=' /boot/config-$(uname -r)

了解用户空间节拍率

• 因为节拍率 HZ 是内核选项，所以用户空间程序并不能直接访问
• 为了方便用户空间程序，内核还提供了一个用户空间节拍率 USER_HZ
• 它总是固定为 100，也就是 1/100 秒
• 这样，用户空间程序并不需要关心内核中 HZ 被设置成了多少，因为它看到的总是固定值 USER_HZ

系统 CPU 数据来源（了解）

• Linux 通过 /proc 虚拟文件系统，向用户空间提供了系统内部状态的信息
• 而 /proc/stat 提供的就是系统的 CPU 和任务统计信息

只查看 CPU 的数据

cat /proc/stat | grep ^cpu

结果分析

从左往右一共 11 列哦

1. CPU 编号：第一行是 CPU 的累加
2. user（us）：用户态 CPU 的时间，不包括下面的 nice 时间，但包括了 guest 时间
3. nice（ni）：低优先级用户态 CPU 的时间，就是进程的 nice 值被调整为 1-19 之间时的 CPU 时间；注意 nice 可取值范围是 -20 到 19，数值越大，优先级反而越低
4. system（sys）：内核态 CPU 的时间
5. idle（id）：空闲时间，它不包括等待 I/O 的时间（iowait）
6. iowait（wa）：等待 I/O 的 CPU 时间
7. irq（hi）：处理硬中断的 CPU 时间
8. softirq（si）：处理软中断的 CPU 时间
9. steal（st）：当系统运行在虚拟机中的时间，被其他虚拟机占用的 CPU 时间
10. guest：通过虚拟化运行其他操作系统的时间，就是运行虚拟机的 CPU 时间
11. guest_nice（gnice）：以低优先级运行虚拟机的时间

CPU 使用率计算公式（了解）

除了空闲时间外的其他时间占总 CPU 时间的百分比

案例：

 /proc/stat 的数据，算的是什么时间段的 CPU 使用率？

回答

这是开机以来的节拍数累加值，所以直接算出来的，是开机以来的平均 CPU 使用率，一般没啥参考价值

性能工具所看到的 CPU 使用率的实际计算方法

为了计算 CPU 使用率，性能工具一般都会取间隔一段时间（比如 3 秒）的两次值，作差后，再计算出这段时间内的平均 CPU 使用率

总结下

• 各种各样的性能分析工具已经帮我们计算好了 CPU 平均使用率，不需要自己单独计算
• 不过要注意的是，性能分析工具给出的都是间隔一段时间的平均 CPU 使用率，所以要注意间隔时间的设置，