Linux - CPU性能评估_详解查看CPU性能的命令
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vmstat命令
vmstat命令可以显示关于系统各种资源之间相关性能的简要信息，这里主要用它来看CPU的一个负载情况。
下面是vmstat命令在某个系统中的输出结果。
[root@VM-24-3-centos ~]# vmstat 2 3
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
1 0 0 223324 144388 1427352 0 0 1 15 1 1 1 0 99 0 0
0 0 0 222616 144388 1427352 0 0 0 24 1928 3582 1 0 99 0 0
0 0 0 222848 144388 1427360 0 0 0 664 2121 3895 1 1 98 1 0
[root@VM-24-3-centos ~]#
对上面每项的输出解释如下
- procs r列表示运行和等待CPU时间片的进程数，这个值如果长期大于系统CPU的个数，说明CPU不足，需要增加CPU。 b列表示在等待资源的进程数，比如正在等待I/O或者内存交换等。
- memory swpd列表示切换到内存交换区的内存数量（以KB为单位）。如果swpd的值不为0，或者比较大，只要si、so的值长期为0，这种情况下一般就不用担心，它不会影响系统性能。 free列表示当前空闲的物理内存数量（以KB为单位）。 buff列表示缓冲区缓存的内存数量，一般对块设备的读写才需要缓冲。 cache列表示页面缓存的内存数量，一般作为文件系统缓存，频繁访问的文件都会被缓存，如果cache值较大，说明缓存的文件数较多，如果此时IO中bi比较小，说明文件系统效率比较好。
- swap si列表示由磁盘调入内存，也就是内存进入内存交换区的数量。 so列表示由内存调入磁盘，也就是内存交换区进入内存的数量。 一般情况下，si、so的值都为0。如果si、so的值长期不为0，则表示系统内存不足，需要增加系统内存。
- io项显示磁盘读写状况。 bi列表示从块设备读入数据的总量（即读磁盘）（每秒KB）。 bo列表示写入到块设备的数据总量（即写磁盘）（每秒KB）。 这里设置的bi+bo参考值为1000，如果超过1000，而且wa值较大，则表示系统磁盘I/O有问题，应该考虑提高磁盘的读写性能。
- system 显示采集间隔内发生的中断次数。 in列表示在某一时间间隔中观测到的每秒设备中断次数。 cs列表示每秒产生的上下文切换次数。 上面这两个值越大，会看到由内核占用CPU的时间会越多。
- cpu项显示了CPU的使用状态，此项是我们关注的重点。 us列显示了用户进程占用CPU的时间百分比。us的值比较高时，说明用户进程占用CPU的时间多，但是如果长期大于50%，就需要考虑优化程序或算法。 sy列显示了内核进程占用CPU的时间百分比。sy的值较高时，说明内核消耗的CPU资源很多。 根据经验，us+sy的参考值为80%，如果us+sy大于 80%说明可能存在CPU资源不足。 id 列显示了CPU处在空闲状态的时间百分比。 wa列显示了I/O等待所占用的CPU时间百分比。wa值越高，说明I/O等待越严重。根据经验，wa的参考值为20%。如果wa超过20%，说明I/O等待严重，引起I/O等待的原因可能是磁盘大量随机读写造成的，也可能是磁盘或者磁盘控制器的带宽瓶颈造成的（主要是块操作）。
综上所述，在对CPU的评估中，需要重点注意的是procs项下r列的值和cpu项下us、sy和id列的值。
sar命令
检查CPU性能的第二个工具是sar。sar功能很强大，可以对系统的每个方面进行单独的统计，但是使用sar命令会增加系统开销。不过，这些开销是可以评估的，对系统的统计结果不会有很大影响。
Sar是后台进程sadc的前端显示工具，安装名为“sysstat”的包后，sadc就会自动从内核收集报告并保存。
yum install sysstat 下面是sar命令对某个系统的CPU统计输出。
[root@VM-24-3-centos ~]# sar -u 3 5
对上面每项的输出解释如下。
- %user列显示了用户进程占用CPU的时间百分比。
- %nice列显示了运行正常进程占用CPU的时间百分比。
- %system列显示了系统进程占用CPU的时间百分比。
- %iowait列显示了I/O等待所占用CPU的时间百分比
- %steal列显示了在内存相对紧张的环境下pagein强制对不同的页面进行的steal操作。
- %idle列显示了CPU处在空闲状态的时间百分比。
这个输出是对系统整体CPU使用状况的统计，每项的输出都非常直观，并且最后一行的Average是个汇总行，是上面统计信息的一个平均值。
需要注意的一点是，第一行的统计信息包含sar本身的统计消耗，所以%user列的值会偏高一点。不过，这不会对统计结果产生多大影响。
在一个多CPU的系统中，如果程序使用单线程，会出现这么一个现象，CPU的整体使用率不高，但是系统应用响应缓慢。这可能是程序使用单线程的原因，单线程只使用一个CPU，导致这个CPU占用率为100%，无法处理其他请求，而其他的CPU却闲置，这就导致了整体CPU使用率不高，而应用缓慢现象的发生。
统计单个CPU的使用情况
[root@VM-24-3-centos ~]# sar -P 0 3 5
Linux 3.10.0-1160.11.1.el7.x86_64 (VM-24-3-centos) 03/05/2023 _x86_64_ (2 CPU)
09:35:19 PM CPU %user %nice %system %iowait %steal %idle
09:35:22 PM 0 0.33 0.00 0.33 0.00 0.00 99.33
09:35:25 PM 0 0.34 0.00 0.34 0.34 0.00 98.99
09:35:28 PM 0 0.67 0.00 0.67 1.34 0.00 97.32
09:35:31 PM 0 0.67 0.00 0.34 0.00 0.00 98.99
09:35:34 PM 0 0.33 0.00 0.33 0.00 0.00 99.33
Average: 0 0.47 0.00 0.40 0.34 0.00 98.79
[root@VM-24-3-centos ~]#
这个输出是对系统的第一颗CPU的信息统计。需要注意的是，sar中对CPU的计数是从0开始的，因此，“sar -P 0 3 5”表示对系统的第1颗CPU进行信息统计，“sar -P 1 3 5”则表示对系统的第2颗CPU进行统计，依次类推。可以看出，上面的系统有2颗CPU。
iostat -c 命令
iostat指令主要用于统计磁盘I/O状态，但是也能查看CPU的使用信息，它的局限性是只能显示系统所有CPU的平均信息。看下面的一个输出。
[root@VM-24-3-centos ~]# iostat -c
Linux 3.10.0-1160.11.1.el7.x86_64 (VM-24-3-centos) 03/05/2023 _x86_64_ (2 CPU)
avg-cpu: %user %nice %system %iowait %steal %idle
0.55 0.00 0.42 0.06 0.00 98.96
[root@VM-24-3-centos ~]#这里使用了“-c”参数，只显示系统CPU的统计信息，输出中每项代表的含义与sar命令的输出项完全相同 。
uptime命令
uptime是监控系统性能最常用的一个命令，主要用来统计系统当前的运行状况。输出的信息依次为：系统现在的时间，系统从上次开机到现在运行了多长时间，系统目前有多少登录用户，系统在1分钟内、5分钟内、15分钟内的平均负载。
[root@VM-24-3-centos ~]# uptime
21:37:58 up 238 days, 20:48, 4 users, load average: 0.00, 0.02, 0.05
[root@VM-24-3-centos ~]#这里需要注意的是load average这个输出值，这三个值的大小一般不能大于系统CPU的个数。例如，本输出中系统有2个CPU，如果load average的三个值长期大于2，就说明CPU很繁忙，负载很高，可能会影响系统性能，但是偶尔大于2时，也不用担心，一般不会影响系统性能。相反，如果load average的输出值小于CPU的个数，则表示CPU还有空闲的时间片，比如本例中的输出，CPU是非常空闲的。
小结
我们这里介绍了检查CPU使用状况的4个命令。通过这些命令可以了解系统CPU是否出现性能瓶颈。也就是说，以上这些命令只能查看CPU是否繁忙，负载是否过大，但是无法知道CPU为何负载过大。
因而，判断系统CPU出现问题后，要结合top、ps等命令进一步检查是由那些进程导致CPU负载过大的。引起CPU资源紧缺的原因可能是应用程序不合理造成的，也可能是硬件资源匮乏引起的，所以，要具体问题具体分析，或者优化应用程序，或者增加系统CPU资源。