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Linux服务器CPU的一些主要指标说明

简介: LoadRunner 监控到的Linux服务器CPU的一些主要指标说明 CPU的主要指标:CPU UtilizationCPU 使用率,CPU的使用时间百分比,75%以上就比较高了。
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CPU的主要指标:

CPU Utilization

CPU 使用率,CPU的使用时间百分比,75%以上就比较高了。

在任意时间内,CPU有7个状态: 
1.idle,表示CPU闲置并等待工作分配. 
2.user,表示CPU在运行用户的进程 
3.system,表示CPU在执行kernel工作 
4.nice,表示CPU花费在被nice改变过优先级的process上的时间(注意:被nice命令改变优先级的process仅指那些nice值为负的process.花费在被nice命令改变优先级的任务上的时间也将被计算在系统和用户时间内,因此整个时间加起来可能会超过百分之百) 
5.iowait,表示CPU等待IO操作完成的时间 
6.irq,表示CPU开销在响应硬中断上的时间 
7.softirq,表示CPU开销在响应软中断上的时间. 
我们一般用vmstat看到的都是四个状态:sy,us,id,wa,通过他和load avg结合,基本可以知道cpu的状态

大部分的性能工具用百分比表示CPU时间.当system时间占用很高的时候,你可以用"oprofile"工具发现时间都花费在哪里.当iowait很高的时候,你需要分析你的IO设备,比如磁盘,网卡.

 

Average load

平均负载,上一分钟同时处于“就绪”状态的平均进程数。

Load这个东西怎么理解呢,就像一条马路,有N个车道,如果N个进程进入车道,那么正好一人一个,再多一辆车就占不到车道,要等有一个车空出车道。 
在CPU中可以理解为CPU可以并行处理的任务数,那么就是“CPU个数 * 核数”,如果CPU Load = CPU个数 * 核数 那么就是说CPU正好满负载,再多一点,可能就要出问题了,有任务不能被及时分配处理器,那么保证性能的话,最好是小于CPU个数 * 核数 *0.7。


Load Average是 CPU的 Load,它所包含的信息是在一段时间内 CPU正在处理以及等待 CPU处理的进程数之和的统计信息,也就是 CPU使用队列的长度的统计信息。

Load Average 的值应该小于“CPU个数 * 核数 *0.7 ” ,否则就高了。

比如: 
1个1核CPU,Load Average 1个4核的CPU,Load Average必须 查看cpu的信息:grep 'model name' /proc/cpuinfo

使用 vmstat 看到的数据中也有这个数据,vmstat 查看r(Load Average)。

image

另外,top命令应该是把每个核的CPU占用率加起来,算一个和,于是多核情况下会top命令会计算出超过100%。

在linux中,process有两种状态: 
1.runnable 
2.blocked waiting for an event to complete 
一个blocked状态的process可能在等待一个I/O操作获取的数据,或者是一个系统调用的结果。 
如果一个process在runnable状态,这就意味着它将同其他runnable状态的process等待CPU时间,而不是立即获得CPU时间,一个runnable状态的process不需要消耗CPU时间,只有当Linux调度进程从runnable队列中选择哪个process下次执行。 
当 process在runnable状态,当时等待CPU时间时,他们形成的等待队列称作Run Queue.Run Queue越大,表示等待的队列越长。 
性能工具通常显示runnable processes的数目和blocked processes的数目。 
还有一个很常见的系统状态是load average,系统的load是指running和runnable process的总和。 
例如:如果有两个processes在running和有三个在等待运行(runnable),那么系统的load为五。 
load average是指在指定时间内load的平均值。一般load average显示的三个数字的时间分别为1分钟,五分钟和十五分钟。

 

Interrupt rate

每秒内的设备中断数。CPU接收硬件驱动发出的中断请求数。

这种中断通常是下面请看被触发:

当一个驱动器有一个时间需要被kernel操作时。例如:如果一个磁盘控制器从磁盘上取得了一个数据块,kernel需要读取使用这个块,那么磁盘控制器会触发一个中断; 
kernel接收每个中断,一个中断处理器运行如果这个中断被注册,否则,这个中断被忽略。 
在系统中,中断处理器的优先级非常高,而且执行速度非常快。 
很多时候,有些中断处理并不需要很高的处理优先级,所以也有soft- interrupt handler。

如果有很多的中断,kernel需要花费大量的时间去处理中断。

可以检查/proc/interrupts能够知道中断发生在哪个CPU 上.

 

Interrupt Rate中包括内核由于进程的时间片中断。 
在 Linux 2.6 中,系统时钟每 1 毫秒中断一次时钟频率,用 HZ 单位表示(即每秒中断 1000 次)。 
系统不一样,内核不一样的配置100、250的都有。

内核的时钟频率可以通过如下命令知道: 

cat /boot/config-`uname -r` | grep '^CONFIG_HZ='

CONFIG_HZ=100

每秒总的时钟中断数就是 = cpu个数 * 核数 * CONFIG_HZ

cat /proc/interrupts   可以查看中断的类型以及次数

          CPU0       CPU1       CPU2       CPU3       
LOC:   97574747   52361843  105207680   69447653   Local timer interrupts 
RES:     107368     257510      98635     186294   Rescheduling interrupts 
CAL:      14174      14206      14164        194   function call interrupts 
TLB:    1007949     853117     992546     591410   TLB shootdowns

用vmstat查看的 in(Interrupt)就是这个参数

image

Context Switch Rate

大部分现在的CPU在同一时间只能运行一个process。 
虽然也有一些CPU,例如超线程技术的CPU,能实现同时运行超过一个process。linux把这种CPU看作多个单线程CPU。 
linux内核不断的在不同process间切换,造成一个错觉,让人感觉一个单CPU同时处理多个任务。 
不同process之间的切换称作 Context Switch。 
当系统做Context Switch时,CPU保存所有old process的context信息并获得new process的所有context信息。 
Context信息包括大量的linux追踪每个process信息,尤其是一些资源: 
那些process正在执行,被分配了哪些内存,它打开了那些文件,等等。 
切换Context会触发大量的信息移动,这是比较高的开销。 
如果可能的话尽量保持很小的 context switches。

为了尽可能的减小context switches,你首先需要知道它们是怎么产生的。 
首先,kernel调度触发context switches。为了保证每个process平等的共享CPU时间,kernel周期性中断running的process,如果合适, 
kernel调度器会开始一个其他的process而不是让当前的process继续执行,每次的周期性中断或者定时中断都可能触发context switch。 
每秒定时中断的次数因不同架构和不同的kernel版本而不同。 
获取每秒中断次数的一个简单办法是通过监控 /proc/interrupts文件,看下面的例子: 
root@localhost asm-i386]# cat /proc/interrupts | grep timer; sleep 10 ; cat /proc/interrupts | grep timer 
0: 24060043 XT-PIC timer 
0: 24070093 XT-PIC timer 
上面可以看到在指定的时间内timer次数的变化,每秒产生的中断次数为1000次。 
如果你的context switch比timer中断大很多。那么context switch更多的可能是I/O请求或者其他长时间的系统调用(比如sleep)产生。 
当一个应用请求一个操作不能立即实现时,kernel开始 context switch操作: 
存入请求的process并且试着切换到其他runnable process。这将使得CPU保持工作状态.

 

Context Switch大体上由两个部分组成: 
中断和进程(包括线程)切换,一次中断(Interrupt)会引起一次切换,进程(线程)的创建、激活之类的也会引起一次切换。 
Context Switch 的值也和TPS(Transaction Per Second)相关的,假设每次调用会引起N次CS,那么就可以得出

     Context Switch Rate = Interrupt Rate + TPS* N

CSR减掉IR,就是进程/线程的切换,假如主进程收到请求交给线程处理,线程处理完毕归还给主进程,这里就是2次切换。也可以用CSR、IR、TPS的值代入公式中,得出每次事物导致的切换数。因此,要降低CSR,就必须在每个TPS引起的切换上下功夫,只有N这个值降下去,CSR就能降低,理想情况下N=0,但是无论如何如果N >= 4,则要好好检查检查。

用vmstat查看 cs(Context Switch)就是这个参数

image

参考资料:

Loadrunner 监控Unix系统性能指标的解释 
http://blog.csdn.net/marising/archive/2010/01/08/5160210.aspx

压力测试衡量CPU的三个指标:CPU Utilization、Load Average和Context Switch Rate 
http://blog.csdn.net/marising/archive/2010/01/12/5182771.aspx

LoadRunner压力测试时监控服务器Linux的资源情况 
http://blog.csdn.net/marising/archive/2010/01/08/5160210.aspx

理解Load Average做好压力测试 
http://www.blogjava.net/cenwenchu/archive/2008/06/30/211712.html

CPU负载的分析 
http://www.penglixun.com/tech/system/cpu_load_analyse.html

linux cpu相关性能指标 
http://www.51testing.com/?uid-3787-action-viewspace-itemid-5527

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