6.1 术语 1.处理器：插到系统插槽或者处理器板上的物理芯片，以核或者硬件线程的方式包含了一块或者多块cpu2.核：一颗多核处理器上的一个独立cpu实例。核的使用是处理器扩展的一种方式，又称为芯片级多处理(CMP).3.硬件线程：一种支持在一个核上同时执行多个线程的cpu架构，每个线程是一个独立的cpu实例。这种扩展方法又称为多线程。4.cpu指令：单个cpu操作，来源于它的指令集。指令用于算术操作，内存IO，以及逻辑控制。5.逻辑cpu：又称为虚拟处理器，一个操作系统cpu的实例。处理器可以通过硬件线程，一个核，或者一个单核的处理器实现。6.调度器：把cpu分配给线程运行的内核子系统。7.运行队列：一个等待cpu服务的可运行线程队列。6.2 模型 6.2.1 CPU 架构 每个硬件线程都可以按照逻辑cpu寻址。6.2.2 CPU 内存缓存 cpu 寄存器，一级缓存，二级缓存，三级缓存，主存，存储设备6.2.3 CPU 运行队列 正在排队和就绪运行的软件线程数量是一个很重要的性能指标，表示了cpu的饱和度。花在等待cpu运行上的时间又被称为运行队列延时或者分发器队列延时。对于多处理器系统，内核通常为每个cpu提供了一个运行队列，并尽量使得现场每次都被放到同一个队列中。这意味着线程更有可能在同一个cpu上运行，因为cpu缓存里保存了它的数据。在NUMA系统中，这会提高内存本地性，从而提高系统性能。这同样避免了队列操作的线程同步开销(mutex锁)。6.3 概念 6.3.1 时钟频率 时钟是一个驱动所有处理器逻辑的数字信号。每个cpu指令都可能会花费一个或者多个时钟周期(称为cpu周期)来执行。cpu以一个特定的时钟频率执行。有些处理器可以改变时钟频率，升频改进性能或者降频减少能耗。6.3.2 指令 一个指令包含以下步骤，每个都由cpu的一个叫做功能单元的组件处理：1.指令预取2.指令解码3.执行4.内存访问5.寄存器写回最后两步是可选的，取决于指令本身。许多指令仅仅操作寄存器，并不需要访问内存。这里的每一步都至少需要一个时钟周期来执行。内存访问经常是最慢的，因为它需要几十个时钟周期读或写主存，在此期间指令执行陷入停滞。这就是cpu缓存如此重要的原因：它可以极大的降低内存需要访问的周期数。6.3.3 指令流水线指令流水线是一种cpu架构，通过同时执行不同指令的不同部分，来达到同时执行多个指令的结果。6.3.4 指令宽度 同一种类型的功能单元可以有好几个，这样每个时钟周期里就可以处理更多的指令。这种cpu架构被称为超标量，通常和流水线一起使用达到高指令吞吐。指令宽度描述了同时处理的目标指令数量。现代处理器一般为宽度3或者4，意味着它们可以在每个周期里最多完成3~4个指令。6.3.5 CPI，IPC每指令周期数(CPI)是一个很重要的高级指标，用来描述cpu如何使用它的时钟周期，同时也可以用来理解cpu使用率的本质。这个指标也可以被表示为每周期指令数，即CPI的倒数。CPI 较高代表cpu经常陷入停滞，通常都是在访问主存。而较低的CPI则代表cpu基本没有停滞，指令吞吐量较高。这些指标表明了性能调优的主要方向。6.3.6 使用率cpu使用率通过测量一段时间内cpu实例忙于执行工作的时间比例获得，以百分比表示。高cpu使用率并不一定代表着问题，仅仅表示系统正在工作。cpu使用率通常被分为内核时间和用户时间两个指标。6.3.7 用户时间/内核时间cpu花在执行用户态应用程序代码的时间成为用户时间，而执行内核态代码的时间被称为内核时间。内核时间包括系统调用，内核线程和中断的时间。计算密集的应用程序几乎会把大量的时间用在用户态代码上。IO密集型的应用程序的系统调用频率比较高，通过执行内核代码进行IO操作。6.3.8 饱和度一个100%使用率的cpu被称为是饱和的，线程在这种情况下会碰到调度延时，因为它们需要等待才能在cpu上运行，降低了总体性能。这个延时是线程花在等待cpu运行队列或其他管理线程的数据结构上的时间。6.3.9 抢占 允许更高优先级的线程抢占当前正在运行的线程。6.3.10 优先级反转 优先级反转指的是一个低优先级线程拥有了一项资源，从而阻塞了高优先级线程运行的情况。这降低了高优先级工作的性能，因为它被迫阻塞等待。6.3.11 多进程，多线程 应用程序在多cpu上扩展的技术分为多进程和多线程。6.3.12 字长处理器是围绕最大字长设计的---32位或者64位。这是整数大小和寄存器宽度。字长也普遍使用，表示地址空间大小和数据通路宽度。更宽的字长意味着更好的性能,虽然它并没有听上去那么简单，更宽的字长可能会在某些数据类型下因未使用的位而导致额外的内存开销。数据的大小也会以为指针大小的增加而增加，导致需要更多的内存IO。6.3.13 编译器优化 应用程序在cpu上的运行时间可以通过编译器选项来大幅改进。编译器也频繁的更新以利用最新的cpu指令集以及其他优化。6.4 架构 6.4.1 硬件 cpu硬件包括了处理器和它的子系统，以及更多处理器之间的cpu互连。处理器：控制器，cpu的心脏，运行指令预取，解码，管理执行以及存储结果。寄存器算术逻辑单元浮点单元MMUTLB一级指令缓存一级数据缓存二级指令缓存三级缓存总线接口其他性能组件可能还包括以下内容：1.P-cache : 预取缓存(每cpu一个)2.W-cache : 写缓存(每cpu一个)3.时钟：cpu时钟信号生成器4.时间戳计数器：为了高精度时间，由时钟递增。5.微代码ROM:快速把指令转换成电路信号6.温度传感器：温度监控7.网络接口：如果集成在芯片里(提高性能)cpu缓存：1.一级指令缓存(I$)2.一级数据缓存(D$)3.转移后备缓冲器(TLB)4.二级缓存(E$)5.三级缓存(可选)延时：多级缓存是用来取得大小和延时平衡的最佳配置。相连性： 相连性是定位缓存新条目范围的一种缓存特性。类型如下：1.全关联2.直接映射3.组关联缓存行：cpu 缓存的另外一个特质是缓存行大小。缓存一致性：内存可能会同时被缓存在不同处理器的多个cpu里。当一个cpu修改了内存，所有的缓存都需要知道它们的缓存拷贝已经失效了，应该被丢弃。这样过程叫缓存一致性。MMU:MMU 负责虚拟地址到物理地址的转换。这个MMU通过一个芯片上的TLB缓存地址转换。主存(DRAM)里的转换表，又叫页表，处理缓存未命中的情况。页表由MMU(硬件)直接读取。互联：对于多处理器，处理器通过共享系统总线后者专用互连连接起来。这与系统的内存架构有关，统一访问内存(UMA)或者NUMA。CPU 性能计数器：cpu性能计数器(CPC)有许多别名，包括性能测量点计数器(PIC)，性能监控单元(PMU)，硬件事件和性能监控事件。它们是可以计数低级cpu活动的处理器寄存器。6.4.2 软件 调度器：内核cpu调度器的主要功能：1.分时，可运行线程之间的多任务，优先执行最高的任务2.抢占，一旦有高优先级线程变为可运行状态，调度器能够抢占当前运行的线程，这样较高优先级的线程可以马上开始运行。3.负载均衡，把可运行的线程移到空闲或者较不繁忙的cpu队列中。调度类：调度类管理了可运行线程的行为，特别是它们的优先级，还有cpu时间是否分片，以及这些时间片的长度。用户线程的优先级受一个用户定义的nice值影响。6.5 方法 6.5.1 工具法把可用的工具全部用一遍，检查它们提供的关键项指标。6.5.2 USE 方法 对于每个cpu，检查以下内容：1.使用率，cpu繁忙的时间2.饱和度，可运行线程排队等待cpu的程度3.错误，cpu错误6.5.3 负载特征归纳 cpu 负载特征规范的基本属性有：1.平均负载(使用率+饱和度)2.用户时间与系统时间之比3.系统调用频率4.自愿上下文切换频率5.中断频率高级负载特征归纳/检查清单：1.整个系统范围内的cpu使用率是多少？每个cpu呢？2.cpu负载的并发程度如何？是单线程吗？有多少线程？3.哪个应用程序或者用户在使用cpu？用了多少？4.哪个内核线程在使用cpu？用了多少？5.中断的cpu用量是多少6.cpu互连的使用率是多少7.为什么cpu被使用(用户和内核级别调用路径)？8.遇到了什么类型的停滞周期？6.5.4 剖析 6.5.5 周期分析 通过使用cpu性能计数器(cpc)，我们能够以周期级别理解cpu使用率。6.5.6 性能监控 性能监控可以发现一段时间内活跃的问题和行为模式。关键的cpu指标如下：1.使用率2.饱和度6.5.7 静态性能调优 通过设置nice值以调整进程优先级。6.5.8 优先级调优6.5.9 资源控制 6.5.10 CPU 绑定把进程和线程绑定在单个cpu或者一组cpu上。这可以增加进程的cpu缓存温度，提高它的内存IO性能。对NUMA系统这可以提高内存本地性，同样也能提高性能。这个方法有以下两个实现方式：1.进程绑定：配置一个进程只跑在单个cpu上，或者预定义cpu组中的一个。2.独占cpu组：分出一组cpu，让这些cpu只能运行指定的进程。这可以大大提升cpu缓存效率，因为当进程空闲时，其他进程不能使用cpu，保证了缓存的温度。在linux上可以通过 cpuset 实现。6.5.11 微型基准测试6.5.12 扩展6.6 分析 6.6.1 uptime 6.6.2 vmstat 6.6.3 mpstat 6.6.4 sar6.6.5 p6.6.6 top6.6.7 prstat 6.6.8 pidstat6.6.9 time 和ptime6.6.10 DTrace6.5.11 SystemTap 6.6.12 perfperf 子命令:1.annotate，读取perf.data并显示注释过的代码2.diff，读取2个perf.data文件并显示两份剖析信息之间的差异3.evlist，列出一个 perf.data 文件里的事件名称4.inject，过滤以加强事件流，在其中加入额外的信息5.kmem，跟踪/测量内核(slab)属性的工具6.kvm，跟踪/测量kvm客户机操作系统的工具7.list，列出所有的符号事件类型8.lock，分析锁事件9.probe，定义新的动态跟踪点10.record，运行一个命令，并把剖析信息记录在perf.data中11.report，读取perf.data并显示剖析信息12.sched，跟踪/测量调度器属性的工具13.script，读取perf.data并显示跟踪输出14.stat，运行一个命令并收集性能计数器统计信息15.timechart，可视化某一个负载期间系统总体性能工具16.top，系统剖析工具//-a 所有cpu，-F 997 997Hz的频率，-g 对调用栈，取样 10s(sleep 10)perf record -a -g -F 997 sleep 10//下面的命令执行了 command 并创建文件perf.dataperf record -g command//sched命令记录并报告调度器统计信息perf sched record sleep 10//stat 命令基于cpu为cpu周期行为提供了一个概要总结。perf stat gzip file1//列出了其他可以检查的计数器perf listperf stat -e 事件//可以与各种软件性能测量点配合，用来跟踪内核调度器的活动perf record -e6.6.13 cpustat 6.6.14 其他工具6.6.15 可视化 1.cpu使用率热图2.cpu亚秒偏移量热图3.火焰图特征：1.每个框代表栈里的一个函数(一个栈帧)2.Y轴表示栈深浅(栈上的帧数)。顶部的框表示在cpu上执行的函数。下面的都是它的祖先调用者。函数下面的函数即使其父函数。3.X轴横跨整个取样数据。它并不像大多数图那样，从左到右表示时间的流逝，其左右顺序没有任何含义(按字母排序)4.框的宽度表示函数在cpu上运行，或者是它的上级函数在cpu上运行的时间(基于取样计数)。更宽的函数可能比更窄函数慢，也可能是因为只是很频繁的被调用。调用计数不显示。5.如果是多线程运行，而且抽样是并发的情况，抽样计数可能会超过总时间。6.7 实验 6.7.1 Ad Hoc 6.7.2 SysBench 6.8 调优 6.8.1 编译器选项6.8.2 调度优先级和调度类nice.6.8.3 调度器选项6.8.4 进程绑定 taskset.6.8.5 独占CPU 组6.8.6 资源控制 cgroups.6.8.7 处理器选项（BIOS)

6.性能之巅 洞悉系统、企业与云计算 --- CPU相关推荐

1. 《性能之巅—洞悉系统、企业与云计算》读书笔记---第二章

   目录 第二章  方法 2.1术语 2.2模型 2.3概念 2.4视角 2.5方法 2.6建模 2.7容量规划 2.8统计 2.9监视 2.10可视化 第二章  方法 面对一个性能不佳且复杂的系统环境时 ...

2. 性能之巅:洞悉系统、企业与云计算——文件系统

   性能之巅:洞悉系统.企业与云计算--文件系统 术语 模型 文件系统接口 文件系统缓存 二级缓存 概念 文件系统延时 缓存 随机与顺序 I/O 预取 预读 写回缓存 同步写 单次同步写 同步提交已写内容 ...

3. 性能之巅 洞悉系统、企业与云计算(完整版)

   性能之巅  洞悉系统.企业与云计算书籍,主要讲解大型网络.云计算.大数据和虚拟计算机系统的快速部署已经为性能优化带来了新的挑战.本书为此提供了解决方案.国际知名的性能优化专家Brendan Gregg ...

4. 《性能之巅—洞悉系统、企业与云计算》读书笔记---第一章

   目录 第一章  绪论 1.1系统性能 1.2人员 1.3事情 1.4视角 1.5性能是充满挑战的 1.6延时 1.7动态跟踪 1.8云计算 1.9案例研究 第一章  绪论 1.1系统性能 1.2人员 ...

5. 性能之巅——洞悉系统、企业与云计算 Brendan Gregg

   1.绪论 系统性能是对整个系统的研究,包括所有的硬件组件和整个软件栈.所有数据路径上和软硬件上所发生的的事情都包括在内,都可能影响性能 性能领域包含以下方面 设置性能目标和建立性能模型 基于软件或硬件 ...

6. 性能之巅：定位和优化程序CPU、内存、IO瓶颈

   摘要:性能优化指在不影响系统运行正确性的前提下,使之运行得更快,完成特定功能所需的时间更短,或拥有更强大的服务能力. #一.思维导图 #二.什么是性能优化? 性能优化指在不影响系统运行正确性的前提下, ...

7. 性能之巅：Linux网络性能分析工具-netstat,ifconfig,nicstat,traceroute,tcpdump

   原文地址:http://www.infoq.com/cn/articles/linux-networking-performance-analytics 本文介绍基于Linux操作系统的网络性能分析工 ...

8. 性能之巅：Linux网络性能分析工具

   编者按:InfoQ开设新栏目"品味书香",精选技术书籍的精彩章节,以及分享看完书留下的思考和收获,欢迎大家关注.本文节选自格雷格著<性能之巅:洞悉系统.企业与云计算>中 ...

9. 性能之巅：《高性能网站建设指南》读书笔记

   性能之巅:<高性能网站建设指南>读书笔记 前言 去年笔者(Chainn)读完了几本前端性能优化以及HTTP等网络方面的书,并在生产环境做了部分应用.这些书包括<高性能网站建设指南&g ...

10. 性能优化——性能之巅

    原创 码砖杂役 2019-08-16 20:36:41 性能之巅-优化你的程序 ​ outline:关注&指标&度量,基础理论知识,工具&方法,最佳实践,参考资料 性能优化关注 ...

最新文章

1. kali无限登录_Kali Linux没有无线网卡？玩个锤纸~
2. Python学习基础必备知识点：字典dict详解
3. Android bootchart分析
4. Linux Kernel 5.8 发布，华为内核代码贡献全球持续领先
5. JavaFX Dialogs (官方支持)
6. 解决：百度编辑器UEditor，怎么将图片保存到图片服务器，或者上传到ftp服务器的问题（如果你正在用UE，这篇文章值得你看下）
7. no python application found_为什么我会得到“uWSGI Error Python application not found”？
8. AD7124-4调试经验分享
9. 曾宪武《物联网通信技术》课后答案（四）
10. 基于ENVI的Landsat 7影像处理与多种大气校正方法对比
11. cad有没有网页版_AutoCAD
12. c语言实现求一个矩阵特征值和特征向量
13. 【Spark Core】【RDD】【01】核心属性 执行原理
14. MES与设备层的集成
15. Transformer T5 模型慢慢读
16. PXE系列之四：PXE无盘LINUX工作站
17. TSI系统测量参数之：轴向振动
18. 华为数通---day（1）网络基础
19. ssh连接windows10拒绝连接
20. myBase7安全破解

热门文章

1. 盛京剑客系列17：市场暴跌下投资组合的调整
2. 中文词向量论文综述（三）
3. Valid Palindrome LeetCode Java
4. litepal更好的操作sqlite3，配置与基本操作
5. 从零开始攻略PHP（9）——错误和异常处理
6. POJ 4047 Garden 线段树 区间更新
7. ImageView设置边框的两种方式
8. html+jquery翻页相册(原创)
9. Winform自定义控件在网页上的应用
10. 类似于Function.bind的dojo.hitch --dojo Quick Start/dojo入门手册4