Linux CPU使用率

在Linux下面，能够经过top命令看到CPU的负载状况，其输出大概以下（只摘录CPU部分）：

top - 01:24:41 up 6 min,  2 users,  load average: 0.00, 0.03, 0.00
%Cpu(s):  2.5 us,  1.8 sy,  3.1 ni, 90.5 id,  1.7 wa,  0.0 hi,  0.4 si,  0.0 st

这里的load average以及缩写的us、sy、ni、id、wa、hi、si、st都是些什么意思呢？这些值在一个什么样的区间比较合理呢？若是值超过了合理区间，应该怎么处理呢？这篇未来聊聊这些问题。

load average

load average表明CPU的平均负载值，上面示例中的load average: 0.00, 0.03, 0.00分别表示当前CPU在1分钟、5分钟和15分钟内的平均负载。这些负载值是怎么来的呢？

这些数据来自于文件/proc/loadavg，内核会负责统计出这些数据。

top和uptime命令显示的内容就来自于这个文件，那么这里所谓的平均负载是个什么概念？ 根据proc的帮助文件可知，这里的值就是单位时间内处于运行状态以及等待disk I/O状态的平均job数量。这里的运行状态和job都是内核的概念，这里简单澄清一下：

• 对内核来讲，进程和线程都是job

• job处于运行状态指job处于内核的运行队列中，正在或等待被CPU调度（用户空间的进程正在运行不表明须要被CPU调度，有可能在等待I/O，也有可能在sleep等等）

由于某一刻（瞬间）等待调度的进程多少并不能反映系统的总体压力，因此这里取了1,5和15分钟的平均值。

那么这个值的大小反映系统什么样的一个压力状态呢？这里以单核CPU为例

• 小于1： 说明平均每次只有不到一个job在忙，对于单核的CPU来讲，彻底能处理过来

• 等于1： 说明平均每次恰好有一个job在忙，对于单核的CPU来讲，恰好能处理过来

• 大于1： 说明平均每次有多于一个job在忙，对于单核的CPU来讲，因为一次只能处理一个任务，因此确定有任务在等待，说明系统负载较大，调度不过来，有job须要等待

从上面能够看出，一旦大于1，就说明job得不到及时调度，系统性能将受影响。对于多核来讲，因为一次能够调度多个job，因此大于1不必定有问题，以4核CPU为例，该值大于4才说明CPU忙不过来。

那这个平均负载保持在多少比较合适呢？其实没有一个标准值，但通常的作法是预留必定的空间来应对系统负载的波动，建议控制在“0.7*核数”之内，好比4核，那么0.7*4=2.8比较合适，一旦超过这个值，须要分析缘由并着手解决。

%Cpu(s)

load average经过统计等待运行的平均job数量来推断CPU的繁忙程度，而%Cpu(s)则直接统计CPU处于不一样状态的时间，比上面的load average更直观，因此在实际上也被使用的更多。

整体来讲，CPU会处于下面三种状态中的一种：

• Idle： 处于空闲状态，没有任务须要调度

• User space： 正在运行user space的代码（处于用户态）

• Kernel： 正在运行内核的代码（处于内核态）

对上面这三种状态，内核又进一步细分为不少状态，这里以上面输出的8种状态为例进行说明：

• 2.5 us ： 表示CPU有2.5%的时间在运行用户态代码（即在运行用户态程序）

• 1.8 sy ： 表示CPU有1.8%的时间在运行内核态代码。内核负责管理系统的全部进程和硬件资源，全部的内核代码都运行在内核态，当用户态进程须要访问硬件资源时，如分配内存，读写I/O等，也须要经过系统调用进入内核态运行内核代码。%sy高说明内核占用太多资源，或者用户进程发起了太多的系统调用。

• 3.1 ni ： 表示CPU有3.1%的时间在运行niceness不为0的进程代码。默认状况下，进程的niceness值都为0，但能够经过命令nice来启动一个进程并指定其niceness值，niceness的取值范围是-20到19，值越小，表示优先级越高，越优先被内核调度。

• 90.5 id ： 表示CPU有90.5%的时间处于空闲状态

• 1.7 wa ： 表示CPU有1.7%的时间处于I/O等待状态。一般状况下，当CPU遇到一个I/O操做时，会先触发I/O操做，而后去干别的，等I/O操做完成后，CPU再接着继续工做，但若是这时系统比较空闲，CPU没有别的事情能够作，那么CPU将处于等待状态，这种处于等待状态的时间将会被统计进I/O wait，也就是说CPU处于I/O wait状态即CPU闲着没事干在等I/O操做结束，和idle几乎是同样的。这个值高说明CPU闲且I/O操做多或者I/O操做慢，但低并不能说明没有I/O操做或者I/O操做快，有多是CPU在忙别的，因此这只是一个参考值，须要和其余的统计项一块儿来分析。

• 0.0 hi & 0.4 si ：　这两个值反映了CPU有多少时间花在了中断处理上，hi（hardware interrupts）是硬件中断，si(softirqs)是软件中断。硬件中断通常由I/O设备引发，如网卡、磁盘等，发生硬件中断后，CPU须要当即处理，当硬件中断中须要处理的事情不少时，内核会生成相应的软中断，而后将耗时且不须要当即处理完成的操做放在软中断中执行，好比当网卡收到网络包时，须要CPU当即把数据拷贝到内存中去，由于网卡自带的缓存较小，若是不及时处理的话后面的数据包就进不来，致使丢包，当数据拷贝到内存中以后，就不须要那么着急的处理了，这时候能够将处理数据包（协议栈）的代码放在软中断中执行。本人不是内核专家，关于软中断的部分请参考Understanding the Linux Kernel, 3rd Edition

• 0.0 st　： %st和虚拟机有关，当系统运行在虚拟机中时，当前虚拟机就会和宿主机以及其它的虚拟机共享CPU，%st就表示当前虚拟机在等待CPU为它服务的时间。该值越大，表示物理CPU被宿主机和其它虚拟机占用的时间越长，致使当前虚拟机得不到充足的CPU资源。若是%st长时间大于0，说明CPU资源得不到知足，这时能够考虑将虚拟机移到其它机器上，或者减小当前机器运行的虚拟机数量。

上面这些统计项的总和等于100%，除了%idle以外，其它的任何一项数值太高都表明系统有问题，须要具体问题具体分析。

问题处理

• %us太高 ： 表示有用户态进程占用了过多的CPU，经过top命令能够很清楚的看到是哪一个进程，若是这不是预期的行为，能够经过kill命令杀死相应的进程或者重启它

• %sy太高 ： 若是只是偶尔太高的话，不用担忧，但若是是持续走高的话，就须要重视，有多是某些进程的系统调用太频繁，好比进程不停的往控制台输出日志，但若是用户态的进程都没有问题，那多是内核里面的代码出现了问题，尤为是代码写的很差的驱动模块

• %ni太高 ： 说明有人用nice程序运行了比较耗CPU的进程。若是niceness值大于0的话，就没什么好担忧的，由于它的优先级比默认优先级要低，不会影响CPU性能，但最好仍是确认一下该进程不会抢占系统的其它资源，如内存、磁盘I/O等，避免对系统总体性能形成影响。若是niceness值小于0的话，表示该进程优先级高且占用CPU资源多，须要确保该进程占用的CPU资源是符合预期的，若是不是，能够用top命令把它找出来并kill掉或者重启。

• %wa太高 ： 意味着系统中有进程在作大量的I/O操做，或者在读写速度比较慢的I/O设备，好比频繁的读写磁盘，这时能够经过iotop命令来查看是哪些进程占I/O，而后再针对不一样的进程作相应的处理；还有一种状况就是系统在频繁的使用交换分区，这时须要解决的就是内存的问题，而不是I/O的问题。

• %hi或者%si太高 ： %hi太高通常是硬件出问题了，%si太高通常是内核里面的代码出问题了

• %st 太高 ： 正如上面介绍介绍的那样，%st太高表示当前虚拟机得不到足够的CPU资源。这时能够考虑将当前虚拟机搬迁到其它的主机上，或者想办法下降当前主机的负载，好比关掉一些其它的虚拟机。

结束语

load average和%Cpu(s)以不一样的方式给出了当前主机的CPU负载状况，经过%Cpu(s)咱们能够看到系统当前的实时负载，如今不少监控系统每隔一段时间都会采集一次%Cpu(s)，而后存储起来以图形的方式展现出来，这样就能很直观的看到CPU负载的变化，固然若是没有这样的监控系统的话，经过load average也能大概的知道最近一段时间内的平均负载（最长15分钟）。

参考

• Understanding the Load Average on Linux and Other Unix-like Systems

• Understanding Linux CPU Load

• Understanding Linux CPU stats