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linux cpu相关性能指标

原创 Linux操作系统 作者:47328983 时间:2012-03-22 09:20:25 0 删除 编辑
Run Queue Statistics
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,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.

Context Switches
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.

Interrupts
其他方面,CPU接收硬件驱动发出的中断请求.这种中断通常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和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.

CPU Utilization
CPU Utilization,一个很直观的概念,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.

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