CPU使用率100%，如何解决

文章目录

CPU使用率
- 概念
- CPU使用率的重要指标
- 计算公式
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CPU 使用率过高
总结

CPU使用率

概念

单位时间内CPU使用情况的统计，以百分比方式显示

Linux是一个多任务操作系统，将每个CPU的时间划分为很短的时间片，通过调度器轮流分配给各个任务使用，因此会造成多任务同时运行的错觉。

为了维护CPU时间，Linux会通过实现定义节拍率（内核中表示为HZ）触发时间中断，使用全局变量Jiffies记录开机以来的节拍数。每一次时间中断，Jiffies值加1。

节拍率HA是内核的可配选项，可以设置为100、250、1000等，不同系统可能设置不同的数值，代表每秒钟触发了多少次时间中断。

因为节拍率 HZ 是内核选项，所以用户空间程序并不能直接访问。为了方便用户空间程序，内核还提供了一个用户空间节拍率 USER_HZ，它总是固定为 100，也就是 1/100 秒。

Linux 通过 /proc 虚拟文件系统，向用户空间提供了系统内部状态的信息，而 /proc/stat 提供的就是系统的 CPU 和任务统计信息 ,只关注CPU可以执行下面命令：

//todo  实际操作一下看下
$ cat /proc/stat | grep ^cpu
cpu  280580 7407 286084 172900810 83602 0 583 0 0 0
cpu0 144745 4181 176701 86423902 52076 0 301 0 0 0
cpu1 135834 3226 109383 86476907 31525 0 282 0 0 0

第一列表示的是 CPU 编号，如 cpu0、cpu1
其他列则表示不同场景下 CPU 的累加节拍数，它的单位是 USER_HZ，也就是 10 ms（1/100 秒），所以这其实就是不同场景下的 CPU 时间。
第一行没有编号的 cpu ，表示的是所有 CPU 的累加。

CPU使用率的重要指标

user(us) : 用户态CPU时间，不包括nice时间，包含guest时间
nice(ni) : 低优先级用户态CPU时间，进程的 nice 值被调整为 1-19 之间时的 CPU 时间。这里注意，nice 可取值范围是 -20 到 19，数值越大，优先级反而越低。
system(sys) : 内核态CPU时间
idle(id) : 空闲时间，不包括等待IO的时间（iowait）
iowait(wa) : 等待IO的CPU时间
irp(hi) : 处理硬中断的 CPU 时间
softirq(si) : 处理软中断的 CPU 时间
steal(st) : 系统运行在虚拟机中时，被其他虚拟机占用CPU的时间
guest(guest) : 通过虚拟化运行其他操作系统的时间，运行虚拟机的CPU时间
guest-nice(gnice) : 以低优先级运行虚拟机的时间

计算公式

CPU 使用率，就是除了空闲时间外的其他时间占总 CPU 时间的百分比

用 /proc/stat 计算出来的是开机以来平均使用率，没有参考价值，一般计算方式如下：
性能工具一般都会取间隔一段时间（比如 3 秒）的两次值，作差后，再计算出这段时间内的平均 CPU 使用率，即

Linux 也给每个进程提供了运行情况的统计信息，也就是 /proc/[pid]/stat

要查看 CPU 使用率,不需要先读取 /proc/stat 和 /proc/[pid]/stat和信息计算，直接使用性能工具就好，但是需要注意不同工具的时间间隔。

top 和 ps 这两个工具报告的 CPU 使用率，默认的结果很可能不一样，因为 top 默认使用 3 秒时间间隔，而 ps 使用的却是进程的整个生命周期。

查看CPU使用率

top 显示了系统总体的 CPU 和内存使用情况，以及各个进程的资源使用情况。
ps 则只显示了每个进程的资源使用情况

top 并没有细分进程的用户态 CPU 和内核态 CPU,但pidstat命令工具可以

pidstat 命令，间隔 1 秒展示了进程的 5 组 CPU 使用率,可以区分用户态和内核态

用户态 CPU 使用率 (%usr);
内核态 CPU 使用率(%system);
运行虚拟机 CPU 使用率(%guest);
等待 CPU 使用率(%wait);
总的 CPU 使用率(%CPU)。

CPU 使用率过高

使用perf工具进行性能分析

//-g 开启调用关系的采 样
perf top -g

Samples:采样数
event:事件类型
Event count:事件总数量

perf 总共采集了 833 个 CPU 时钟事件，总事件数则为 97742399。

Overhead ：是该符号的性能事件在所有采样中的比例，用百分比来表示。
Shared ：是该函数或指令所在的动态共享对象(Dynamic Shared Object)，如内核、进程名、动态链接库名、内核模块名等。
Object ：是动态共享对象的类型。比如 [.] 表示用户空间的可执行程序、或者动态链接库，而 [k] 则表示内核空间。
Symbol ：是符号名，也就是函数名。当函数名未知时，用十六进制的地址来表示。

perf top 实时展示系统的性能信息，缺点是并不保存数据，无法用于离线或者后续的分析，所以perf record 则提供了保存数据的功能，保存后的数据，需要你用 perf report 解析展示。

总结

用户 CPU 和 Nice CPU 高，说明用户态进程占用了较多的 CPU，所以应该着重排查进程的性能问题。
系统 CPU 高，说明内核态占用了较多的 CPU，所以应该着重排查内核线程或者系统调用的性能问题。
I/O 等待 CPU 高，说明等待 I/O 的时间比较长，所以应该着重排查系统存储是不是出现了 I/O 问题。
软中断和硬中断高，说明软中断或硬中断的处理程序占用了较多的 CPU，所以应该着重排查内核中的中断服务程序。