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4.2 CPU 监测工具

宋涛 收录于 Linux
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本节我们来介绍 CPU 相关的监测工具，这类工具属于我们前面所说的第一类计数器类命令。

1. 命令总览

下面的图片摘录自极客时间专栏-Linux性能优化实战，分别从下面 3 个方面总结了 CPU 相关的性能检测工具:

  1. 从 CPU 的性能指标出发，根据指标找工具
  2. 从工具出发，根据工具找指标
  3. 根据工具指标之间的内在联系，掌握 CPU 分析的套路

/images/linux_pf/cpu_quota.png /images/linux_pf/cpu_command.png /images/linux_pf/cpu_relation.png

有些工具是通用的分析工具，后面会在单独的章节中详细说明他们的使用。本节会介绍 CPU 专用的分析工具的使用

Linux Solaris 作用 说明
uptime uptime 平均负载
vmstat vmstat 系统范围的CPU平均负载
mpstat mpstat 单个CPU统计信息
time ptime 命令计时，带CPU用量分解
dstat 等于 vmstat + iostat + ifstat
可同时观察CPU、磁盘 I/O、网络以及内存使用情况		 通用命令，位于独立的一节中
sar sar 可统计包括内存，磁盘，中断等各种信息 通用命令，位于独立的一节中
ps ps 进程状态 通用命令，位于独立的一节中
top prstat 监控每个进程的基本信息 通用命令，位于独立的一节中
pidstat prstat 统计每个进程的内存，IO，上下文切换等信息 通用命令，位于独立的一节中
stap，perf Dtrace CPU剖析和跟踪 通用命令，位于独立的一节中
perf cpustat CPU性能计数器分析 通用命令，位于独立的一节中

除了上述命令之外，还包括以下内容:

  1. CPU 调度延迟统计
  2. CPU 的调优手段

2. CPU 统计工具

2.1 uptime

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> uptime
 23:51:13 up  1:34,  3 users,  load average: 0.00, 0.01, 0.05

输出:

  • top - 14:58:20: 系统当前时间
  • up 4:33: 系统已运行时间
  • 3 users：当前在线用户
  • load average：平均负载：最近1分钟、5分钟、15分钟系统的平均负载

说明：

  • 平均负载：平均负载是指单位时间内，系统处于可运行状态和不可中断状态的平均进程数
  • 可运行状态：正在使用 CPU 或者正在等待 CPU 的进程，对应 ps R 状态（Running 或 Runnable）进程
  • 不可中断状态：正处于内核态关键流程中的进程，并且这些流程是不可打断的，对应 ps D 状态（Uninterruptible Sleep，也称为 Disk Sleep）进程

2.2 vmstat

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> vmstat -w
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st  
 2  0      0 1077816   2116 620312    0    0    65    43   34   53  0  0 99  0  0
# 说明:
# 除了 r 列外，第一行是系统启动以来的总结信息 -- 取决于 vmstat 的版本，最新的版本不是

vmstat [t [n]]

  • 作用: 虚拟内存统计命令
  • 说明: 完成的使用方法见内存相关部分的内容，CPU 中重点关注 procs 中 r 值的输出
  • 参数:
    • -t：采样间隔
    • -n：采样次数，可选，默认值是1
    • -S: -Sm 以MB 为单位显示结果
    • -a: 输出非活动和活动页缓存的明细
    • -s: 以列表显示内存统计信息
    • -w: 以整齐格式显示
  • 输出:
    • system:
      • in: 硬中断次数
      • cs: 上下文切换次数
    • procs:
      • r: 可运行线程数，所有等待加上正在运行的线程数，不包括处于不可中断睡眠状态的线程
      • b: 等待IO的进程数量
    • cpu:
      • 系统全局范围内的平均负载
      • 第一行统计的系统启动以来的平均负载 – 新版本可能不会显示
      • 其余行统计的是时间间隔周期内的平均负载
    • memory:
      • swpd: 交换出的内存量
      • free: 空闲可用内存
      • buff: 用于缓冲缓存的内存
      • cache: 用于页缓存的内存
    • swap:
      • si: 换入的内存
      • so: 换出的内存

2.3 mpstat

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> mpstat -P ALL 1 2
Linux 3.10.0-1062.el7.x86_64 (localhost.localdomain)    2020年04月01日  _x86_64_        (1 CPU)

00时22分51秒  CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
00时22分52秒  all    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00  100.00
00时22分52秒    0    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00  100.00

00时22分52秒  CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
00时22分53秒  all    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00  100.00
00时22分53秒    0    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00  100.00

平均时间:  CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
平均时间:  all    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00  100.00
平均时间:    0    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00  100.00

> mpstat -P ON -I SUM
00时22分51秒 CPU  intr/s
00时22分51秒 all  1009.18

mpstat [t [n]]

  • 作用: 报告每个 CPU的统计信息
  • 参数:
    • -P {cpu [，...] | ON | ALL}: 指示要报告统计信息的处理器编号，从 0 开始
      • ON: 表示在线的 CPU
      • ALL: 表示所有 CPU
    • I {SUM | CPU | ALL}: 报告中断统计信息
      • 使用SUM关键字，mpstat命令报告每个处理器的软中断总数
      • 使用CPU关键字，显示CPU或CPU每秒接收的每个中断的数量
      • ALL关键字等效于指定上面的所有关键字，因此显示所有中断统计信息。
    • -A: 等效于 mpstat -I ALL -u -P ALL
    • -u: 报告CPU使用率，默认参数

2.4 time

time command

  • 作用: 运行命令并报告 CPU用量
  • 其他: /usr/bin/time -v command 可以输出更详细的信息
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> time ls
docker_print.py

real    0m0.002s  # 实际耗时
user    0m0.001s  # 用户空间耗时
sys     0m0.001s  # 内核空间耗时

> /usr/bin/time -v ls
docker_print.py
        Command being timed: "ls"
        User time (seconds): 0.00
        System time (seconds): 0.00
        Percent of CPU this job got: 100%
        Elapsed (wall clock) time (h:mm:ss or m:ss): 0:00.00
        Average shared text size (kbytes): 0
        Average unshared data size (kbytes): 0
        Average stack size (kbytes): 0
        Average total size (kbytes): 0
        Maximum resident set size (kbytes): 968
        Average resident set size (kbytes): 0
        Major (requiring I/O) page faults: 0
        Minor (reclaiming a frame) page faults: 309
        Voluntary context switches: 1
        Involuntary context switches: 0
        Swaps: 0
        File system inputs: 0
        File system outputs: 0
        Socket messages sent: 0
        Socket messages received: 0
        Signals delivered: 0
        Page size (bytes): 4096
        Exit status: 0

3. CPU 延时统计

getdelays.c

4. CPU 调优

4.1 sysbench

CPU 性能测试

4.2 chrt

nice/renice

系统调用:

  1. setpriority(): 调整优先级
  2. sched_setscheduler(): 设置优先级和调度策略

4.3 调度器选项

/proc/sys/sched

4.4 进程绑定

taskset

4.5 独占CPU组

4.6 资源控制 cgroups

更新于 2020-01-17
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 Linux 性能调优
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