CPU使用率的查看以及性能分析(perf top/record/report)
目录
- CPU使用率
- 查看CPU使用率(top、pidstat解释)
- CPU使用率过高
- perf top
- perf record 和 perf report
CPU使用率
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。
/proc/stat提供的就是系统的CPU和任务统计信息。
执行命令cat /proc/stat | grep ^cpu
,表示只保留各个CPU的数据,结果如下:
输出表示:
第一行表示所有CPU的不同场景下的累加节拍数。
Tips:为了维护 CPU 时间,Linux 通过事先定义的节拍率(内核中表示为 HZ),触发时间中断,并使用全局变量 Jiffies 记录了开机以来的节拍数。每发生一次时间中断,Jiffies 的值就加 1。通过命令grep 'CONFIG_HZ=' /boot/config-$(uname -r)
可以查看系统配置的节拍率,即每秒钟触发多少次时间中断。
第一列:CPU编号
接下来的几列:
usr(缩写为us),代表用户态CPU时间。不包含nice时间,包括guest时间
nice(缩写ni),代表低优先级用户态CPU时间。nice可取范围为-20~19,数值越大,优先级越低。
system(缩写为sys),代表内核态CPU时间。
idle(缩写为id),代表空闲时间。不包括等待I/O的时间(iowait)
iowait(缩写为wa),代表等待I/O的CPU时间
irq(缩写为hi),代表处理硬中断的CPU时间
softirq(缩写为si),代表处理软中断的CPU时间
steal(缩写为st),代表当系统运行在虚拟机中时,被其他虚拟机占用的CPU时间
guest,代表虚拟化运行其他操作系统的时间,也就是运行虚拟机的CPU时间
guest_nice(缩写为gnice),代表以低优先级运行虚拟机的时间。
CPU使用率的定义则是:
/proc/stat 的数据记录的是开机以来的节拍累积值,所以算出来的是平均CPU使用率。
一般来说,性能工具回取间隔一段时间(如3s)的两次值,作差后,再计算这段时间内的平均CPU使用率:
查看CPU使用率(top、pidstat解释)
关于top与ps:
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命令中的第三行%cpu即系统CPU使用率,默认显示的是平均值
空白行之后是进程实时信息,每个进程都有一个%CPU列,表示进程的CPU使用率。该使用率 = 用户态 + 内核态CPU使用率的总和,包括进程用户空间使用的CPU、通过系统调用执行的内核空间CPU、就绪队列等待运行的CPU。
再按1,切换显示每个CPU使用率。
接下来使用pidstat
:
包括了:
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)
最后输出平均值
# 隔 1 秒 输出一组数据, 共输出5组
pidstat 1 5
21时55分30秒 UID PID %usr %system %guest %wait %CPU CPU Command
21时55分31秒 0 54 0.00 1.00 0.00 0.00 1.00 7 ksoftirqd/7
21时55分31秒 1000 1311 1.00 0.00 0.00 0.00 1.00 4 gnome-shell
21时55分31秒 1000 3170 0.00 1.00 0.00 0.00 1.00 1 pidstat
...
平均时间: UID PID %usr %system %guest %wait %CPU CPU Command
平均时间: 0 54 0.00 0.25 0.00 0.00 0.25 - ksoftirqd/7
平均时间: 0 135 0.00 0.25 0.00 0.00 0.25 - kworker/u16:2-phy0
平均时间: 1000 998 0.25 0.25 0.00 0.00 0.50 - Xorg
平均时间: 1000 1311 1.25 0.50 0.00 0.00 1.75 - gnome-shell
平均时间: 1000 2370 0.25 0.00 0.00 0.00 0.25 - chrome
平均时间: 1000 2712 0.75 0.00 0.00 0.00 0.75 - chrome
平均时间: 1000 3157 0.50 0.00 0.00 0.00 0.50 - gnome-terminal-
平均时间: 1000 3170 0.25 0.75 0.00 0.00 1.00 - pidstat
CPU使用率过高
使用perf,它以性能事件采样为基础,可以分析系统的各种事件和内核性能,也可以分析指定应用程序的性能问题。
perf top
类似于top,它能够实时显示占用CPU时钟最多的函数或者指令,因此可以用来查找热点函数。如:
$ perf top
2 Samples: 833
3 Overhead
of event 'cpu-clock', Event count (approx.): 97742399
Shared Object Symbol
4 7.28% perf [.] 0x00000000001f78a4
5 4.72% [kernel] [k] vsnprintf
6 4.32% [kernel] [k] module_get_kallsym
7 3.65% [kernel] [k] _raw_spin_unlock_irqrestore
输出结果解释:
第一行,包含三个数据: 采样数(Samples)、事件类型(event)和事件总数量(Event count)。
下面的表格数据包含四列:
第一列: Overhead,该符号的性能事件在所有采样中的比率
第二列:Shared,该函数或指令所在的动态共享对象,如内核、进程名、动态链接库名、内核模块等
第三列: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,[k]表示内核空间。
第四列:Symbol,符号名,即函数名。当函数名未知时,用16进制的地址表示
perf record 和 perf report
perf top 能够实时展示系统性能,但是不能保存数据,也就无法用于离线或者后续的分析。
而perf record 提供了保存数据的功能,保存后的数据,需要使用perf report 来解析展示:
perf record # 按下 ctrl + c 终止采样
[perf record: Woken up 1 times to write data]
[perf record: Captured and wrote 0.452 MB perf.data(6093 samples) ]perf report # 展示类似于perf top的报告
在实际使用中经常为perf top 和 perf record 加上 -g 参数,开启调用关系的采样,方便根据调用链来分析性能。
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