Linux性能优化实战学习笔记：第五讲

1、什么是CPU的使用率

一、你最经常使用什么指标来描述系统的CPU性能？

我想你的答案，可能不是平均负载，也不是CPU上下文切换，而是另外一个更直观的指标CPU使用率

CPU使用率究竟是怎么算出来的吗？

一、如何设置节拍率

[root@luoahong ~]# grep 'CONFIG_HZ=' /boot/config-$(uname -r)
CONFIG_HZ=1000

二、内核提供的用户节拍率是多少？

USER_HZ=100

为了方便用户控件程序，内核还提供了一个用户控件的节拍率，它老是固定为100，也就是1/100秒，这样，用户控件程序并须要关系内核中HZ被设置成了多少

四、如何查看用户控件系统内部状态信息

[root@luoahong ~]#  cat /proc/stat | grep ^cpu
cpu  62143 14 10857 931923 669 0 3498 0 0 0
cpu0 31506 4 5649 467020 228 0 628 0 0 0
cpu1 30637 10 5207 464903 441 0 2870 0 0 0
[root@luoahong ~]#

这里的输出结果是一个表格，其中，第一列表示的是CPU编号，如CPU0、CPU1，而第一行没有编号的CPU
表示的是全部CPU的累加

2、CPU使用率公式

咱们一般所说的 CPU使用率，就是除了空闲时间外的其余时间占总CPU时间的百分比，用公式来表示就是

 

一、直接用/proc/stat 的数据，算的是什么时间段的 CPU使用率吗？

看到这里，你应该想起来了，这是开机以来的节拍数累加值，因此直接算出来的，是开机以来的平均CPU使用率，通常没啥参考价值

二、性能工具是如何计算CPU使用率的

事实上，为了计算机CPU使用率,性能能工具通常都会间隔一段时间（好比 3 秒）的两次值，作差后，再计算出这段时间的平均CPU使用率 
各类性能工具所看到的CPU使用率的实际计算方法以下

 

性能分析工具给出的都是间隔一段时间的平均CPU使用率，因此要注意间隔时间的设置，特别是用多个工具对比分析时，

你必定要保证他们用的是相同的间隔时间

3、怎么查看CPU使用率

一、top显示系统整体CPU使用状况

top显示了系统整体的CPU和内存使用状况，以及各个进程的资源使用状况

# 默认每 3 秒刷新一次
$ top
top - 11:00:25 up  1:35,  2 users,  load average: 0.00, 0.01, 0.18
Tasks: 131 total,   1 running, 130 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu(s):  0.0 us,  0.2 sy,  0.0 ni, 99.7 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.2 si,  0.0 st
KiB Mem :  8056848 total,  5665852 free,   688220 used,  1702776 buff/cache
KiB Swap:  2097148 total,  2097148 free,        0 used.  6945016 avail Mem

   PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND
 10150 polkitd   20   0 1267680 201924   9372 S   1.0  2.5   0:39.33 mysqld
  9906 mysql     20   0 1119708 184904   5824 S   0.7  2.3   0:32.89 mysqld
  8041 root      20   0  300896   6384   4956 S   0.3  0.1   0:28.40 vmtoolsd

...

二、top图解

 

三、 pidstat分析每一个进程CPU使用状况

top并无细分进程的用户态CPU和内核态CPU，那要怎么查看每一个进程的详细状况呢？

# 默认每 3 秒刷新一次
$ top
top - 11:00:25 up  1:35,  2 users,  load average: 0.00, 0.01, 0.18
Tasks: 131 total,   1 running, 130 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu(s):  0.0 us,  0.2 sy,  0.0 ni, 99.7 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.2 si,  0.0 st
KiB Mem :  8056848 total,  5665852 free,   688220 used,  1702776 buff/cache
KiB Swap:  2097148 total,  2097148 free,        0 used.  6945016 avail Mem

   PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND
 10150 polkitd   20   0 1267680 201924   9372 S   1.0  2.5   0:39.33 mysqld
  9906 mysql     20   0 1119708 184904   5824 S   0.7  2.3   0:32.89 mysqld
  8041 root      20   0  300896   6384   4956 S   0.3  0.1   0:28.40 vmtoolsd

...
Average:      999     10150    0.20    0.40    0.00    0.00    0.60     -  mysqld
Average:        0     11747    0.40    1.59    0.00    0.00    1.98     -  pidstat

四、pidstat命令图解

最后的Average部分，还计算了5组数据的平均值

4、CPU使用率太高怎么办？

一、分析思路

一、如何轻松找到CPU使用率太高的进程

经过top、ps 、pidstat等工具

二、占用CPU高的究竟是代码里的那个函数？

perf和GDB

三、那么哪一种工具适合在第一时间分析进程的 CPU 问题呢？

perf是Linux 2.6.31 之后内置的性能分析工具，它以性能事件采样为基础，不只能够分析系统的各类事件和内核性能，还能够用来分析制定应用程序的性能问题

二、实时显示占用CPU时钟最多的函数

实时显示占用CPU时钟最多的函数或者指令，所以能够用来查找热点函数

[root@luoahong ~]# perf top

Samples: 724 of event 'cpu-clock', Event count (approx.): 125711088
Overhead Shared Object Symbol
45.11% [kernel] [k] generic_exec_single
...

采样数须要咱们特别注意，若是采样数过少（好比只有十几个），那下面的排序和百分比就没什么实际参考价值了

三、perf命令详解

 

虽然实时展现了系统的性能信息，但它的缺点并不能保存数据，也就没法离线或者后续的分析，而perf record

则提供了保存数据的功能，保存后的数据，须要你用perf report解析展现

四、离线和后续分析占用CPU时钟最多的函数

perf record # 按 Ctrl+C 终止采样

[root@luoahong ~]# perf report

Samples: 5K of event 'cpu-clock', Event count (approx.): 1332500000
Overhead Command Shared Object Symbol
97.15% swapper [kernel.kallsyms] [k] native_safe_halt
0.49% swapper [kernel.kallsyms] [k] _raw_spin_unlock_irqrestore
0.36% vmtoolsd libvmtools.so.0.0.0 [.] Backdoor_InOut
0.34% swapper [kernel.kallsyms] [k] __do_softirq
0.17% swapper [kernel.kallsyms] [k] tick_nohz_idle_exit
0.13% swapper [kernel.kallsyms] [k] tick_nohz_idle_enter
0.13% vmtoolsd [kernel.kallsyms] [k] _raw_spin_unlock_irqrestore
0.11% kworker/0:1 [kernel.kallsyms] [k] _raw_spin_unlock_irqrestore
0.11% vmtoolsd libvmtools.so.0.0.0 [.] BackdoorHbOut
0.08% dockerd [kernel.kallsyms] [k] _raw_spin_unlock_irqrestore
0.08% vmtoolsd [kernel.kallsyms] [k] __do_softirq
0.06% kworker/1:2 [kernel.kallsyms] [k] queue_delayed_work_on
0.06% vmtoolsd [kernel.kallsyms] [k] format_decode
0.04% irqbalance [kernel.kallsyms] [k] cap_mmap_file
0.04% kworker/0:0 [kernel.kallsyms] [k] ata_sff_pio_task
0.04% kworker/1:2 [kernel.kallsyms] [k] _raw_spin_unlock_irqrestore
0.04% mysqld mysqld [.] fts_optimize_words
0.04% swapper [kernel.kallsyms] [k] rcu_idle_exit
0.04% vmtoolsd libvmtools.so.0.0.0 [.] BackdoorHbIn
0.02% dockerd [kernel.kallsyms] [k] __do_softirq
0.02% in:imjournal rsyslogd [.] 0x0000000000016f90
0.02% irqbalance [kernel.kallsyms] [k] __fsnotify_parent
0.02% irqbalance [kernel.kallsyms] [k] _raw_spin_unlock_irqrestore
0.02% irqbalance [kernel.kallsyms] [k] copy_user_generic_unrolled
0.02% irqbalance [kernel.kallsyms] [k] native_flush_tlb_single
0.02% irqbalance [kernel.kallsyms] [k] unmap_page_range
Tip: For tracepoint events, try: perf report -s trace_fields

在实际使用中，咱们还常常为perf top和perf record加上-g参数，开启调用关系的采样，方便咱们根据调用链分析西能问题