linux精讲|CPU监控

时间 : 14-12-22 栏目 : linux精讲 作者 : 老薛 评论 : 0 点击 : 2,153 次

摘要:在Linux系统中监控CPU的性能主要关注3个指标:运行队列、CPU使用率和上下文切换,理解这3个指标的概念和原理对于发现和处理CPU性能问题有很大的帮助。

1.运行队列

每个CPU都会维护一个运行队列,调度器会不断地轮询让队列中的进程运行,直到进程运行完毕将其由队列中删除。如果CPU过载,就会出现调度器跟不上系统要求,导致运行队列中等待运行的进程越来越多。正常来说,每个CPU的运行队列不要超过3,如果是双核CPU就不要超过6.

2.CPU使用率

CPU使用率一般可以分为以下几部分。

用户进程:运行用户进程所占用的CPU时间百分比

系统进程:运行系统进程中断所占用的CPU时间百分比。

等待IO:因为IO等待而使CPU处于idle状态的时间百分比。

空闲:CPU处于空闲状态的时间百分比。

如果CPU的空闲率长期低于10%,那么表示CPU的资源已经非常紧张,应该考虑进行优化或者添加更多的CPU。“等待IO”表示CPU因等待IO资源而被迫处于空闲状态。这时的CPU并没有处于运算状态,而是被白白浪费了,所以“等待IO”应该越小越好。

3.上下文切换

通过CPU时间轮询的方法,Linux能够支持多任务同时运行。对于普通的CPU,内核会调度和执行这些进程,每个进程都会被分配CPU时间片并运行。当一个进程用完时间片或者被更高优先级的进程抢占时间块后,它会被转到CPU的等待运行队列中,同时让其它进程在CPU上运行,这个进程切换的过程被称为上下文切换。过多的上下文切换会造成系统很大的开销。在日常运维工作中,也可以通过vmstat命令对CPU资源进行监控。

$ vmstat 5
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu------
r  b   swpd   free   buff  cache            si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
0  0      0  10964  26880 124836    0    0    12    10    1    1  0  0 99  0  0
0  1      0  10964  26884 124820    0    0     0     5 1106  225  0  0 99  0  0
0  0      0  10568  26888 124824    0    0     0     1 1083  215  2  0 98  0  0
0  0      0  10592  26896 124824    0    0     0    19 1032  173  0  0 100  0  0
0  0      0  10592  26896 124824    0    0     0     0 1029  169  0  0 100  0  0
0  0      0  10592  26896 124824    0    0     0    55 1041  172  0  0 100  0  0
0  0      0  10592  26900 124820    0    0     0     1 1045  196  0  0 100  0  0
0  0      0  10592  26900 124824    0    0     0     0 1041  201  0  0 100  0  0

r 表示运行队列(就是说多少个进程真的分配到CPU),我测试的服务器目前CPU比较空闲,没什么程序在跑,当这个值超过了CPU数目,就会出现CPU瓶颈 了。这个也和top的负载有关系,一般负载超过了3就比较高,超过了5就高,超过了10就不正常了,服务器的状态很危险。top的负载类似每秒的运行队 列。如果运行队列过大,表示你的CPU很繁忙,一般会造成CPU使用率很高。

b 表示阻塞的进程,这个不多说,进程阻塞,大家懂的。

swpd 虚拟内存已使用的大小,如果大于0,表示你的机器物理内存不足了,如果不是程序内存泄露的原因,那么你该升级内存了或者把耗内存的任务迁移到其他机器。

free   空闲的物理内存的大小,我的机器内存总共8G,剩余3415M。

buff   Linux/Unix系统是用来存储,目录里面有什么内容,权限等的缓存,我本机大概占用300多M

cache cache直接用来记忆我们打开的文件,给文件做缓冲,我本机大概占用300多M(这里是Linux/Unix的聪明之处,把空闲的物理内存的一部分拿来做文件和目录的缓存,是为了提高 程序执行的性能,当程序使用内存时,buffer/cached会很快地被使用。)

si  每秒从磁盘读入虚拟内存的大小,如果这个值大于0,表示物理内存不够用或者内存泄露了,要查找耗内存进程解决掉。我的机器内存充裕,一切正常。

so  每秒虚拟内存写入磁盘的大小,如果这个值大于0,同上。

bi  块设备每秒接收的块数量,这里的块设备是指系统上所有的磁盘和其他块设备,默认块大小是1024byte,我本机上没什么IO操作,所以一直是0,但是我曾在处理拷贝大量数据(2-3T)的机器上看过可以达到140000/s,磁盘写入速度差不多140M每秒

bo 块设备每秒发送的块数量,例如我们读取文件,bo就要大于0。bi和bo一般都要接近0,不然就是IO过于频繁,需要调整。

in 每秒CPU的中断次数,包括时间中断

cs 每秒上下文切换次数,例如我们调用系统函数,就要进行上下文切换,线程的切换,也要进程上下文切换,这个值要越小越好,太大了,要考虑调低线程或者进程的 数目,例如在apache和nginx这种web服务器中,我们一般做性能测试时会进行几千并发甚至几万并发的测试,选择web服务器的进程可以由进程或 者线程的峰值一直下调,压测,直到cs到一个比较小的值,这个进程和线程数就是比较合适的值了。系统调用也是,每次调用系统函数,我们的代码就会进入内核 空间,导致上下文切换,这个是很耗资源,也要尽量避免频繁调用系统函数。上下文切换次数过多表示你的CPU大部分浪费在上下文切换,导致CPU干正经事的 时间少了,CPU没有充分利用,是不可取的。

us 用户CPU时间,我曾经在一个做加密解密很频繁的服务器上,可以看到us接近100,r运行队列达到80(机器在做压力测试,性能表现不佳)。

sy 系统CPU时间,如果太高,表示系统调用时间长,例如是IO操作频繁。

id  空闲 CPU时间,一般来说,id + us + sy = 100,一般我认为id是空闲CPU使用率,us是用户CPU使用率,sy是系统CPU使用率。

wt 等待IO CPU时间。

vmstat命令只能显示CPU总的性能情况,对于有多个CPU的服务器,如果要查看每个CPU的性能情况,可以使用mpstat命令,具体方法请参考:linux运维利器之mpstat

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