Linux命令----分析CPU的瓶颈
Linux命令----分析CPU的瓶颈
Linux命令----分析CPU的瓶颈
衡量CPU性能的指标：
1，用户使用CPU的情况；
CPU运行常规用户进程
CPU运行niced process
CPU运行实时进程
2，系统使用CPU情况；
用于I/O管理：中断和驱动
用于内存管理：页面交换
用户进程管理：进程开始和上下文切换
3，WIO：用于进程等待磁盘I/O而使CPU处于空闲状态的比率。
4，CPU的空闲率，除了上面的WIO以外的空闲时间
5，CPU用于上下文交换的比率
6，nice
7，real-time
8，运行进程队列的长度
9，平均负载
Linux中常用的监控CPU整体性能的工具有：
mpstat： mpstat 不但能查看所有CPU的平均信息，还能查看指定CPU的信息。
vmstat：只能查看所有CPU的平均信息；查看cpu队列信息；
iostat: 只能查看所有CPU的平均信息。
sar： 与mpstat 一样，不但能查看CPU的平均信息，还能查看指定CPU的信息。
top：显示的信息同ps接近，但是top可以了解到CPU消耗，可以根据用户指定的时间来更新显示。
下面一一介绍：
一，vmstat
[root@localhost ~]#vmstat -n 3 (每个3秒刷新一次）
procs-----------memory--------------------swap-- ----io---- --system---- ------cpu--------
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa
10 144 186164 105252 2386848 0 0 18 166 83 2 48 21 31 0
20 144 189620 105252 2386848 0 0 0 177 1039 1210 34 10 56 0
00 144 214324 105252 2386848 0 0 0 10 1071 670 32 5 63 0
00 144 202212 105252 2386848 0 0 0 189 1035 558 20 3 77 0
20 144 158772 105252 2386848 0 0 0 203 1065 2832 70 14 15 0
红色内容标示CPU相关的参数
PROC(ESSES)
--r:如果在processes中运行的序列(process r)是连续的大于在系统中的CPU的个数表示系统现在运行比较慢,有多数的进程等待CPU.
如果r的输出数大于系统中可用CPU个数的4倍的话,则系统面临着CPU短缺的问题,或者是CPU的速率过低,系统中有多数的进程在等待CPU,造成系统中进程运行过慢.
SYSTEM
--in:每秒产生的中断次数
--cs:每秒产生的上下文切换次数
上面2个值越大，会看到由内核消耗的CPU时间会越大
CPU
-us:用户进程消耗的CPU时间百分
us的值比较高时，说明用户进程消耗的CPU时间多，但是如果长期超50%的使用，那么我们就该考虑优化程序算法或者进行加速（比如PHP/PERL）
-sy:内核进程消耗的CPU时间百分比（sy的值高时，说明系统内核消耗的CPU资源多，这并不是良性表现，我们应该检查原因）
-wa:IO等待消耗的CPU时间百分比
wa的值高时，说明IO等待比较严重，这可能由于磁盘大量作随机访问造成，也有可能磁盘出现瓶颈（块操作）。
-id:CPU处于空闲状态时间百分比,如果空闲时间(cpu id)持续为0并且系统时间(cpu sy)是用户时间的两倍(cpu us) 系统则面临着CPU资源的短缺.
解决办法:
当发生以上问题的时候请先调整应用程序对CPU的占用情况.使得应用程序能够更有效的使用CPU.同时可以考虑增加更多的CPU. 关于CPU的使用情况还可以结合mpstat, ps aux top prstat –a等等一些相应的命令来综合考虑关于具体的CPU的使用情况,和那些进程在占用大量的CPU时间.一般情况下，应用程序的问题会比较大一些.比如一些SQL语句不合理等等都会造成这样的现象.
二，sar
sar [options] [-A] [-o file] t [n]
在命令行中，n 和t 两个参数组合起来定义采样间隔和次数，t为采样间隔，是必须有
的参数，n为采样次数，是可选的，默认值是1，-o file表示将命令结果以二进制格式
存放在文件中，file 在此处不是关键字，是文件名。options 为命令行选项，sar命令
的选项很多，下面只列出常用选项：
-A：所有报告的总和。
-u：CPU利用率
-v：进程、I节点、文件和锁表状态。
-d：硬盘使用报告。
-r：内存和交换空间的使用统计。
-g：串口I/O的情况。
-b：缓冲区使用情况。
-a：文件读写情况。
-c：系统调用情况。
-q：报告队列长度和系统平均负载
-R：进程的活动情况。
-y：终端设备活动情况。
-w：系统交换活动。
-x { pid | SELF | ALL }：报告指定进程ID的统计信息，SELF关键字是sar进程本身的统计，ALL关键字是所有系统进程的统计。
用sar进行CPU利用率的分析
#sar -u 2 10
Linux 2.6.18-53.el5PAE (localhost.localdomain) 03/28/2009
07:40:17 PM CPU %user %nice %system %iowait %steal %idle
07:40:19 PM all 12.44 0.00 6.97 1.74 0.00 78.86
07:40:21 PM all 26.75 0.00 12.50 16.00 0.00 44.75
07:40:23 PM all 16.96 0.00 7.98 0.00 0.00 75.06
07:40:25 PM all 22.50 0.00 7.00 3.25 0.00 67.25
07:40:27 PM all 7.25 0.00 2.75 2.50 0.00 87.50
07:40:29 PM all 20.05 0.00 8.56 2.93 0.00 68.46
07:40:31 PM all 13.97 0.00 6.23 3.49 0.00 76.31
07:40:33 PM all 8.25 0.00 0.75 3.50 0.00 87.50
07:40:35 PM all 13.25 0.00 5.75 4.00 0.00 77.00
07:40:37 PM all 10.03 0.00 0.50 2.51 0.00 86.97
Average: all 15.15 0.00 5.91 3.99 0.00 74.95
在显示内容包括：
%user：CPU处在用户模式下的时间百分比。
%nice：CPU处在带NICE值的用户模式下的时间百分比。
%system：CPU处在系统模式下的时间百分比。
%iowait：CPU等待输入输出完成时间的百分比。
%steal：管理程序维护另一个虚拟处理器时，虚拟CPU的无意识等待时间百分比。
%idle：CPU空闲时间百分比。
在所有的显示中，我们应主要注意%iowait和%idle，%iowait的值过高，表示硬盘存在I/O瓶颈，%idle值高，表示CPU较空闲，如果%idle值高但系统响应慢时，有可能是CPU等待分配内存，此时应加大内存容量。%idle值如果持续低于10，那么系统的CPU处理能力相对较低，表明系统中最需要解决的资源是CPU。
用sar进行运行进程队列长度分析：
#sar -q 2 10
Linux 2.6.18-53.el5PAE (localhost.localdomain) 03/28/2009
07:58:14 PM runq-sz plist-sz ldavg-1 ldavg-5 ldavg-15
07:58:16 PM 0 493 0.64 0.56 0.49
07:58:18 PM 1 491 0.64 0.56 0.49
07:58:20 PM 1 488 0.59 0.55 0.49
07:58:22 PM 0 487 0.59 0.55 0.49
07:58:24 PM 0 485 0.59 0.55 0.49
07:58:26 PM 1 483 0.78 0.59 0.50
07:58:28 PM 0 481 0.78 0.59 0.50
07:58:30 PM 1 480 0.72 0.58 0.50
07:58:32 PM 0 477 0.72 0.58 0.50
07:58:34 PM 0 474 0.72 0.58 0.50
Average: 0 484 0.68 0.57 0.49
runq-sz 准备运行的进程运行队列。
plist-sz 进程队列里的进程和线程的数量
ldavg-1 前一分钟的系统平均负载(load average)
ldavg-5 前五分钟的系统平均负载(load average)
ldavg-15 前15分钟的系统平均负载(load average)
顺便说一下load avarage的含义
load average可以理解为每秒钟CPU等待运行的进程个数.
在Linux系统中，sar -q、uptime、w、top等命令都会有系统平均负载load average的输出，那么什么是系统平均负载呢？
系统平均负载被定义为在特定时间间隔内运行队列中的平均任务数。如果一个进程满足以下条件则其就会位于运行队列中：
- 它没有在等待I/O操作的结果
- 它没有主动进入等待状态(也就是没有调用'wait')
- 没有被停止(例如：等待终止)
例如：
# uptime
20:55:40 up 24 days, 3:06, 1 user, load average: 8.13, 5.90, 4.94
命令输出的最后内容表示在过去的1、5、15分钟内运行队列中的平均进程数量。
一般来说只要每个CPU的当前活动进程数不大于3那么系统的性能就是良好的，如果每个CPU的任务数大于5，那么就表示这台机器的性能有严重问题。对 于上面的例子来说，假设系统有两个CPU，那么其每个CPU的当前任务数为：8.13/2=4.065。这表示该系统的性能是可以接受的。
三，iostat
#iostat -c 2 10
Linux 2.6.18-53.el5PAE (localhost.localdomain) 03/28/2009
avg-cpu: %user %nice %system %iowait %steal %idle
30.10 0.00 4.89 5.63 0.00 59.38
avg-cpu: %user %nice %system %iowait %steal %idle
8.46 0.00 1.74 0.25 0.00 89.55
avg-cpu: %user %nice %system %iowait %steal %idle
22.06 0.00 11.28 1.25 0.00 65.41
四，mpstat
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。下面只介绍 mpstat与CPU相关的参数，mpstat的语法如下：
mpstat [-P {|ALL}] [internal [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
internal 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则显示系统启动以后所有信息的平均值。有interval时，第一行的信息自系统启动以来的平均信息。从第二行开始，输出为前一个interval时间段的平均信息。与CPU有关的输出的含义如下：
参数 解释 从/proc/stat获得数据
CPU 处理器ID
user 在internal时间段里，用户态的CPU时间（%） ，不包含 nice值为负 进程 痰猀爀/瓰漀琀愀氀*100
nice 在internal时间段里，nice值为负进程的CPU时间（%） 滰椀挀攀/瓰漀琀愀氀*100
system 在internal时间段里，核心时间（%） 珰礀猀琀攀洀/瓰漀琀愀氀*100
iowait 在internal时间段里，硬盘IO等待时间（%） 槰漀眀愀椀琀/瓰漀琀愀氀*100
irq 在internal时间段里，软中断时间（%） 槰爀焀/瓰漀琀愀氀*100
soft 在internal时间段里，软中断时间（%） 珰漀昀琀椀爀焀/瓰漀琀愀氀*100
idle 在internal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时间闲置时间 （%） 槰搀氀攀/瓰漀琀愀氀*100
intr/s 在internal时间段里，每秒CPU接收的中断的次数 槰渀琀爀/瓰漀琀愀氀*100
CPU总的工作时间=total_cur=user+system+nice+idle+iowait+irq+softirq
total_pre=pre_user+ pre_system+ pre_nice+ pre_idle+ pre_iowait+ pre_irq+ pre_softirq
痰猀攀爀=user_cur – user_pre
瓰漀琀愀氀=total_cur-total_pre
其中_cur 表示当前值，_pre表示interval时间前的值。上表中的所有值可取到两位小数点。
#mpstat -P ALL 2 10
Linux 2.6.18-53.el5PAE (localhost.localdomain) 03/28/2009
10:07:57 PM CPU %user %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %idle intr/s
10:07:59 PM all 20.75 0.00 10.50 1.50 0.25 0.25 0.00 66.75 1294.50
10:07:59 PM 0 16.00 0.00 9.00 1.50 0.00 0.00 0.00 73.50 1000.50
10:07:59 PM 1 25.76 0.00 12.12 1.52 0.00 0.51 0.00 60.10 294.00
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