CPU 的占用主要取決于什么樣的資源正在 CPU 上面運行，比如拷貝一個文件通常占用較少 CPU，因為大部分工作是由 DMA（Direct Memory Access）完成，只是在完成拷貝以后給一個中斷讓 CPU 知道拷貝已經完成；科學計算通常占用較多的 CPU，大部分計算工作都需要在 CPU 上完成，內存、硬盤等子系統只做暫時的數據存儲工作。要想監測和理解 CPU 的性能需要知道一些的操作系統的基本知識，比如：中斷、進程調度、進程上下文切換、可運行隊列等。這里 VPSee 用個例子來簡單介紹一下這些概念和他們的關系，CPU 很無辜，是個任勞任怨的打工仔，每時每刻都有工作在做（進程、線程）并且自己有一張工作清單（可運行隊列），由老板（進程調度）來決定他該干什么，他需要和老板溝通以便得到老板的想法并及時調整自己的工作（上下文切換），部分工作做完以后還需要及時向老板匯報（中斷），所以打工仔（CPU）除了做自己該做的工作以外，還有大量時間和精力花在溝通和匯報上。

[[17714]]

CPU 也是一種硬件資源，和任何其他硬件設備一樣也需要驅動和管理程序才能使用，我們可以把內核的進程調度看作是 CPU 的管理程序，用來管理和分配 CPU 資源，合理安排進程搶占 CPU，并決定哪個進程該使用 CPU、哪個進程該等待。操作系統內核里的進程調度主要用來調度兩類資源：進程（或線程）和中斷，進程調度給不同的資源分配了不同的優先級，優先級最高的是硬件中斷，其次是內核（系統）進程，最后是用戶進程。每個 CPU 都維護著一個可運行隊列，用來存放那些可運行的線程。線程要么在睡眠狀態（blocked 正在等待 IO）要么在可運行狀態，如果 CPU 當前負載太高而新的請求不斷，就會出現進程調度暫時應付不過來的情況，這個時候就不得不把線程暫時放到可運行隊列里。VPSee 在這里要討論的是性能監測，上面談了一堆都沒提到性能，那么這些概念和性能監測有什么關系呢？關系重大。如果你是老板，你如何檢查打工仔的效率（性能）呢？我們一般會通過以下這些信息來判斷打工仔是否偷懶：

• 打工仔接受和完成多少任務并向老板匯報了（中斷）；
• 打工仔和老板溝通、協商每項工作的工作進度（上下文切換）；
• 打工仔的工作列表是不是都有排滿（可運行隊列）；
• 打工仔工作效率如何，是不是在偷懶（CPU 利用率）。

現在把打工仔換成 CPU，我們可以通過查看這些重要參數：中斷、上下文切換、可運行隊列、CPU 利用率來監測 CPU 的性能。

底線

上一篇 Linux 性能監測：介紹 提到了性能監測前需要知道底線，那么監測 CPU 性能的底線是什么呢？通常我們期望我們的系統能到達以下目標：

• CPU 利用率，如果 CPU 有 100％ 利用率，那么應該到達這樣一個平衡：65％－70％ User Time，30％－35％ System Time，0％－5％ Idle Time；
• 上下文切換，上下文切換應該和 CPU 利用率聯系起來看，如果能保持上面的 CPU 利用率平衡，大量的上下文切換是可以接受的；
• 可運行隊列，每個可運行隊列不應該有超過1－3個線程（每處理器），比如：雙處理器系統的可運行隊列里不應該超過6個線程。

vmstat

vmstat 是個查看系統整體性能的小工具，小巧、即使在很 heavy 的情況下也運行良好，并且可以用時間間隔采集得到連續的性能數據。

$ vmstat 1
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu------
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 2  1    140 2787980 336304 3531996  0    0     0   128 1166 5033  3  3 70 25  0
 0  1    140 2788296 336304 3531996  0    0     0     0 1194 5605  3  3 69 25  0
 0  1    140 2788436 336304 3531996  0    0     0     0 1249 8036  5  4 67 25  0
 0  1    140 2782688 336304 3531996  0    0     0     0 1333 7792  6  6 64 25  0
 3  1    140 2779292 336304 3531992  0    0     0    28 1323 7087  4  5 67 25  0

參數介紹：

• r，可運行隊列的線程數，這些線程都是可運行狀態，只不過 CPU 暫時不可用；
• b，被 blocked 的進程數，正在等待 IO 請求；
• in，被處理過的中斷數
• cs，系統上正在做上下文切換的數目
• us，用戶占用 CPU 的百分比
• sys，內核和中斷占用 CPU 的百分比
• wa，所有可運行的線程被 blocked 以后都在等待 IO，這時候 CPU 空閑的百分比
• id，CPU 完全空閑的百分比

舉兩個現實中的例子來實際分析一下：

$ vmstat 1
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu------
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 4  0    140 2915476 341288 3951700  0    0     0     0 1057  523 19 81  0  0  0
 4  0    140 2915724 341296 3951700  0    0     0     0 1048  546 19 81  0  0  0
 4  0    140 2915848 341296 3951700  0    0     0     0 1044  514 18 82  0  0  0
 4  0    140 2915848 341296 3951700  0    0     0    24 1044  564 20 80  0  0  0
 4  0    140 2915848 341296 3951700  0    0     0     0 1060  546 18 82  0  0  0

從上面的數據可以看出幾點：

1. interrupts（in）非常高，context switch（cs）比較低，說明這個 CPU 一直在不停的請求資源；
2. user time（us）一直保持在 80％ 以上，而且上下文切換較低（cs），說明某個進程可能一直霸占著 CPU；
3. run queue（r）剛好在4個。

$ vmstat 1
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu------
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
14  0    140 2904316 341912 3952308  0    0     0   460 1106 9593 36 64  1  0  0
17  0    140 2903492 341912 3951780  0    0     0     0 1037 9614 35 65  1  0  0
20  0    140 2902016 341912 3952000  0    0     0     0 1046 9739 35 64  1  0  0
17  0    140 2903904 341912 3951888  0    0     0    76 1044 9879 37 63  0  0  0
16  0    140 2904580 341912 3952108  0    0     0     0 1055 9808 34 65  1  0  0

從上面的數據可以看出幾點：

1. context switch（cs）比 interrupts（in）要高得多，說明內核不得不來回切換進程；
2. 進一步觀察發現 system time（sy）很高而 user time（us）很低，而且加上高頻度的上下文切換（cs），說明正在運行的應用程序調用了大量的系統調用（system call）；
3. run queue（r）在14個線程以上，按照這個測試機器的硬件配置（四核），應該保持在12個以內。

mpstat

mpstat 和 vmstat 類似，不同的是 mpstat 可以輸出多個處理器的數據，下面的輸出顯示 CPU1 和 CPU2 基本上沒有派上用場，系統有足夠的能力處理更多的任務。

$ mpstat -P ALL 1
Linux 2.6.18-164.el5 (vpsee) 	11/13/2009

02:24:33 PM  CPU   %user   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal   %idle    intr/s
02:24:34 PM  all    5.26    0.00    4.01   25.06    0.00    0.00    0.00   65.66   1446.00
02:24:34 PM    0    7.00    0.00    8.00    0.00    0.00    0.00    0.00   85.00   1001.00
02:24:34 PM    1   13.00    0.00    8.00    0.00    0.00    0.00    0.00   79.00    444.00
02:24:34 PM    2    0.00    0.00    0.00  100.00    0.00    0.00    0.00    0.00      0.00
02:24:34 PM    3    0.99    0.00    0.99    0.00    0.00    0.00    0.00   98.02      0.00

ps

如何查看某個程序、進程占用了多少 CPU 資源呢？下面是 Firefox 在 VPSee 的一臺 Sunray 服務器上的運行情況，當前只有2個用戶在使用 Firefox：

$ while :; do ps -eo pid,ni,pri,pcpu,psr,comm | grep 'firefox'; sleep 1; done

  PID  NI PRI %CPU PSR COMMAND
 7252   0  24  3.2   3 firefox
 9846   0  24  8.8   0 firefox
 7252   0  24  3.2   2 firefox
 9846   0  24  8.8   0 firefox
 7252   0  24  3.2   2 firefox

原文：http://www.vpsee.com/2009/11/linux-system-performance-monitoring-cpu/

系列導航：

1. Linux性能監測：監測目的與工具介紹
2. Linux性能監測：CPU篇
3. Linux性能監測：內存篇
4. Linux性能監測：磁盤IO篇
5. Linux性能監測：網絡篇