Linux性能监控之CPU篇
在这篇文章中,主要介绍CPU的一些基础知识.
首先介绍一下Linux kernel中的调度器(scheduler),调度器负责调度系统中的两种资
源，一是线程，二是中断。调度器给不同资源不同的优先级。从高到低为： 1. 硬件中断（Hardware Interrupts）--这些请求由硬件触发，比如磁盘已经完成了
读写任务或是网卡受到了新的数据包。
2. 软件中断（Software Interrupts)--这里指的是维护内核运行的内核态软件中断。
比如内核的时钟管理进程。
3. 实时进程（Real time threads)--实时进程比内核本身具备更高的优先级，它可以抢占内核的CPU时间片，在2.4内核是一个不可抢占的内核，它中不支持实时程序。
4. 内核进程（Kernel threads）--包括所以的内核程序。 5. 用户进程（User threads）-- 所有运行在用户态的进程。
关于CPU，有3个重要的概念：上下文切换（context switchs），运行队列（Run queue）
和使用率（utilization）。
上下文切换：
目前流行的CPU在同一时间内只能运行一个线程，超线程的处理器可以在同一时间运行多个线程（包括多核CPU），Linux内核会把多核的处理器当作多个单独的CPU来识别。 一个标准的Linux内核何以支持运行50～50000个进程运行，对于普通的CPU，内核会调度和执行这些进程。每个进程都会分到CPU的时间片来运行，当一个进程用完时间片或者被更高优先级的进程抢占后，它会备份到CPU的运行队列中，同时其他进程在CPU上运
行。这个进程切换的过程被称作上下文切换。过多的上下文切换
会造成系统很大的开销。
运行队列：
每个CPU都会维持一个运行队列，理想情况下，调度器会不断让队列中的进程运行。进程不是处在sleep状态就是run able状态。如果CPU过载，就会出现调度器跟不上系统的要求，导致可运行的进程会填满队列。队列愈大，程序执行时间就愈长。“load”用来表示运行队列，用top 命令我们可以看到CPU一分钟，5分钟和15分钟内的运行队列的大
小。这个值越大表明系统负荷越大。
CPU使用率：
CPU使用率可分为一下几个部分 User Time—执行用户进程的时间百分比； System Time—执行内核进程和中断的时间百分比；
Wait IO—因为IO等待而使CPU处于idle状态的时间百分比；
Idle—CPU处于Idle状态的时间百分比。
关于时间片和动态优先级：
时间片对于CPU来说是很关键的参数，如果时间片太长，就会使系统的交互性能变差，用户感觉不到并行。如果太短，又会造成系统频繁的上下文切换，使性能下降。对于IO Bound的系统来讲并不需要太长的时间片，因为系统主要是IO操作；而对于CPU Bound的系统来
说需要长的时间片以保持cache的有效性。
每一个进程启动的时候系统都会给出一个默认的优先级，但在运行过程中，系统会根据进程的运行状况不断调整优先级，内核会升高或降低进程的优先级（每次增加或降低5），
判断标准是根据进程处于sleep状态的时间。
IO Bound进程大部分时间在sleep状态，所以内核会调高它的优先级，CPU Bound进程会被内核惩罚降低优先级。因此，如果一个系统上即运行IO Bound进程，又运行CPU Bound
进程，我们会发现，IO Bound进程的性能不
会下降，而CPU Bound进程性能会不断下降。
我们运行一个CPU Bound的程序：cpu-hog。用ps命令可以看出它的优先级在不断下
降。
term1# ./cpu-hog
term2# while :; do ps -eo pid,ni,pri,pcpu,comm | egrep
'hog|PRI'; sleep 1; done PID NI PRI %CPU COMMAND 22855 0 20 84.5 cpu-hog PID NI PRI %CPU COMMAND 22855 0 18 89.6 cpu-hog PID NI PRI %CPU COMMAND 22855 0 15 92.2 cpu-hog PID NI PRI %CPU COMMAND 22855 0 15 93.8 cpu-hog
我们运行find命令，是一个IO Bound的程序，可以观察到它的优先级不断提高。
term1# find /
term2# while :; do ps -eo pid,ni,pri,pcpu,comm | egrep
'find|PRI'; sleep 1; done PID NI PRI %CPU COMMAND 23101 0 20 0.0 find
PID NI PRI %CPU COMMAND 23101 0 21 4.0 find PID NI PRI %CPU COMMAND 23101 0 23 3.5 find PID NI PRI %CPU COMMAND 23101 0 23 4.3 find PID NI PRI %CPU COMMAND 23101 0 23 4.2 find PID NI PRI %CPU COMMAND 23101 0 23 4.4 find
如果同时运行2个程序就可看出明显的变化
# while :; do ps -eo pid,ni,pri,pcpu,comm | egrep 'find|hog';
sleep 1; done 23675 0 20 70.9 cpu-hog 23676 0 20 5.6 find 23675 0 20 69.9 cpu-hog 23676 0 21 5.6 find 23675 0 20 70.6 cpu-hog 23676 0 23 5.8 find 23675 0 19 71.2 cpu-hog 23676 0 23 6.0 find 23675 0 19 71.8 cpu-hog 23676 0 23 6.1 find 23675 0 18 72.8 cpu-hog 23676 0 23 6.2 find 23675 0 16 73.2 cpu-hog 23676 0 23 6.6 find 23675 0 14 73.9 cpu-hog
正如我们之前讨论的任何系统的性能比较都是基于基线的，并且监控CPU的性能就是以上3点，运行队列、CPU使用率和上下文切换。以下是一些对于CPU很普遍的性能要求： 1. 对于每一个CPU来说运行队列不要超过3，例如，如果是双核CPU就不要超过6；
2. 如果CPU在满负荷运行，应该符合下列分布，
a) User Time：65%～70% b) System Time：30%～35%
c) Idle：0%～5%
Linux性能监控之CPU篇
