系统性能分析—CPU

1. 性能指标

CPU使用率

用户使用率：US：应用程序对CPU的使用。

系统使用率：SY：系统内核对CPU的使用。

等待IO使用率：WA：等待io对CPU的使用。

软中断使用率：：SORTIRQS：软中断对CPU的使用

平均负载

平均活跃进程数。平均负载的统计包括了可运行状态和不可中断的进程数。平均负载是以CPU数据来表示的，如果平均负载大于CPU数量表示有线程在等待。

平均负载和cpu使用率没有必然的关系。

上下文切换

上下文切换的时候需要对当前场景进行保存，在回到当前场景时需要恢复，这就意味着系统寄存器、栈和虚拟内存数据的保存和恢复，所以频繁的上下文切换对系统的CPU使用影响比较大。

缓存命中率

CPU速度比内存的访问速度快，为了提高CPU的使用效率，协调CPU和内存的性能差距，系统有缓存的功能，缓存访问的速度大大高于内存，所以系统通对频繁使用的内存数据进行缓存，这样就有一个缓存命中率的概念，缓存命中率的高低也对系统CPU的使用有着影响。

2.常用工具

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显示进程对cpu的消耗，以及系统资源使用情况。

在统计信息中以下几个参数与cpu占用率有关：

Load average：1.00，1.01，1.00 分别对应 1分钟/5分钟/15分钟的平均负载，反应了cpu的占用的趋势，正常还是繁忙。

%CPU行： cpu总体使用率。

us：用户使用cpu百分比。

sy：系统内核使用cpu百分比。

id：剩余的cpu百分比。

wa: IO等待占用百分比，表示当前系统IO资源使用状况。

在按进程统计的数据列表中：

%CPU列：是 进程（COMMAND列对应进程名称）占用的百分比，这项值是需要关注的cpu占用信息。

pidstat

进程的统计信息：CPU使用信息

Pidstat -p pidnum 1

Pidstat是查看总体cpu占用百分比的另一指令，%usr表示用户进程占用百分比，system表示系统内核占用百分比，%wait表示IO资源占用百分比，%CPU是总体占用百分比。这个指令常用于快速定位指定进程的cpu总体占用情况。

还有一些其他查看系统资源的指令通过指定参数来查看cpu的使用状况。

如：

uptime

uptime查看系统平均负载和系统运行时间。反应系统的cpu资源的占用趋势。

Perf

perf是一款linux提供的非常实用的综合性性能分析工具，提供了一个性能分析框架，可以分析硬件资源（CPU,PMU）的功能和软件（计数器和trace）的功能。

大到系统全局性性能，小到进程线程级别，trace的功能可以到函数级别，甚至汇编级别。

使用perf --help之后可以看到perf的二级命令。

Cpu性能分析的常用二级命令：record /report/script/trace，具体看实战部分

3. CPU使用率高的可能原因

• 硬件原因（散热/cpu性能弱/内存不足）

• 频繁上下文切换

• 频繁GC

• 内存泄漏导致

• 块设备操作频繁

• 病毒/程序多/内存使用过多

• 无限循环

• 序列化和反序列化

• 频繁创建新对象

• 共享内存过高

• 不可回收的slab内存过高

• 存在内存大页 cat /proc/meminfo | grep –iE “HugePages_Total|Hugepagesize”

• 网络IO

• 业务高峰

4. 分析思路

1 定位CPU占用高的进程

2 使用perf record获取相关信息的原始数据

3 使用perf report查看进程函数调用栈

4 找到占用CPU严重的函数，分析代码

5. 实战分析

1 通过top指令，发现 persdemo的进程占用CPU 99.7%

2 使用perf reocrd指令记录进程信息，生成perf.data

3 使用perf report指令解析记录的进程信息(perf.data)，生成persdemo.txt

4 查看persdemo.txt.

可以看到，主要占用在 main函数