平常我們使用?
top
?命令來查看系統(tǒng)的性能情況,在?top
?命令中可以看到很多不同類型的 CPU 使用率,如下圖紅框中標(biāo)出部分:下面,我們來介紹一下這些 CPU 使用率的意義:
us
:user time,表示 CPU 執(zhí)行用戶進(jìn)程的時間,包括 nice 時間。通常都是希望用戶空間CPU越高越好。sy
:system time,表示 CPU 在內(nèi)核運(yùn)行的時間,包括 IRQ 和 softirq。系統(tǒng) CPU 占用越高,表明系統(tǒng)某部分存在瓶頸。通常這個值越低越好。ni
:nice time,具有優(yōu)先級的用戶進(jìn)程執(zhí)行時占用的 CPU 利用率百分比。id
:idle time,表示系統(tǒng)處于空閑期,等待進(jìn)程運(yùn)行。wa
:waiting time,表示 CPU 在等待 IO 操作完成所花費(fèi)的時間。系統(tǒng)不應(yīng)該花費(fèi)大量的時間來等待 IO 操作,否則就說明 IO 存在瓶頸。hi
:hard IRQ time,表示系統(tǒng)處理硬中斷所花費(fèi)的時間。si
:soft IRQ time,表示系統(tǒng)處理軟中斷所花費(fèi)的時間。st
:steal time,被強(qiáng)制等待(involuntary wait)虛擬 CPU 的時間,此時 Hypervisor 在為另一個虛擬處理器服務(wù)。
時鐘中斷
首先,我們要知道統(tǒng)計(jì) CPU 使用情況在什么地方執(zhí)行的。在分析之前,我們先來了解下?時鐘中斷
:時鐘中斷:是一種硬中斷,由時間硬件(系統(tǒng)定時器,一種可編程硬件)產(chǎn)生。當(dāng) CPU 接收到時鐘中斷信號后,會在處理完當(dāng)前指令后調(diào)用?時鐘中斷處理程序
?來完成更新系統(tǒng)時間、執(zhí)行周期性任務(wù)等。
可以發(fā)現(xiàn),統(tǒng)計(jì) CPU 使用情況是在?時鐘中斷處理程序
?中完成的。每個 CPU 的使用情況通過?cpu_usage_stat
?結(jié)構(gòu)來記錄,我們來看看其定義:struct?cpu_usage_stat?{
????cputime64_t?user;
????cputime64_t?nice;
????cputime64_t?system;
????cputime64_t?softirq;
????cputime64_t?irq;
????cputime64_t?idle;
????cputime64_t?iowait;
????cputime64_t?steal;
????cputime64_t?guest;
};
從?cpu_usage_stat
?結(jié)構(gòu)的定義可以看出,其每個字段與?top
?命令的 CPU 使用率類型一一對應(yīng)。在內(nèi)核初始化時,會為每個 CPU 創(chuàng)建一個?cpu_usage_stat
?結(jié)構(gòu),用于統(tǒng)計(jì) CPU 的使用情況。OK,現(xiàn)在我們來分析下內(nèi)核是怎么統(tǒng)計(jì) CPU 的使用情況的。每次執(zhí)行?時鐘中斷處理程序
?都會調(diào)用?account_process_tick
?函數(shù)進(jìn)行 CPU 使用情況統(tǒng)計(jì),我們來分析一下?account_process_tick
?函數(shù)的實(shí)現(xiàn):void?account_process_tick(struct?task_struct?*p,?int?user_tick)
{
????cputime_t?one_jiffy_scaled?=?cputime_to_scaled(cputime_one_jiffy);
????struct?rq?*rq?=?this_rq();
????//?說明:user_tick 變量標(biāo)識當(dāng)前是否處于執(zhí)行用戶應(yīng)用程序
????if?(user_tick)?{
????????//?1.?如果?CPU?在執(zhí)行用戶程序,?那么調(diào)用?account_user_time?進(jìn)行統(tǒng)計(jì)
????????account_user_time(p,?cputime_one_jiffy,?one_jiffy_scaled);
????}?else?if?((p?!=?rq->idle)?||?(irq_count()?!=?HARDIRQ_OFFSET))?{
????????//?2.?如果?CPU?在執(zhí)行內(nèi)核代碼,?那么調(diào)用?account_system_time?進(jìn)行統(tǒng)計(jì)
????????account_system_time(p,?HARDIRQ_OFFSET,?cputime_one_jiffy,
????????????????????????????one_jiffy_scaled);
????}?else?{
????????//?3.?否則說明?CPU?在執(zhí)行?idle?進(jìn)程(也就是處于空閑狀態(tài)),?那么調(diào)用?account_idle_time?進(jìn)行統(tǒng)計(jì)
????????account_idle_time(cputime_one_jiffy);
????}
}
account_process_tick
?函數(shù)主要分 3 種情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì),如下:- 如果 CPU 在執(zhí)行用戶程序,那么調(diào)用?
account_user_time
?進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。 - 如果 CPU 在執(zhí)行內(nèi)核代碼,那么調(diào)用?
account_system_time
?進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。 - 否則說明 CPU 在執(zhí)行 idle 進(jìn)程(也就是處于空閑狀態(tài)),那么調(diào)用?
account_idle_time
?進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
top: 30px;margin-bottom: 15px;font-weight: bold;font-size: 1.3em;color: rgb(0, 0, 0);border-bottom: 2px solid rgb(239, 112, 96);font-family: Optima-Regular, Optima, PingFangSC-light, PingFangTC-light, "PingFang SC", Cambria, Cochin, Georgia, Times, "Times New Roman", serif;text-align: left;white-space: normal;background-color: rgb(255, 255, 255);">CPU 使用情況統(tǒng)計(jì)
下面我們分別對這 3 種統(tǒng)計(jì)進(jìn)行分析。1. 統(tǒng)計(jì)用戶程序執(zhí)行時間
統(tǒng)計(jì)用戶程序的執(zhí)行時間是通過?account_user_time
?函數(shù)來完成的,我們來看看其實(shí)現(xiàn):void?account_user_time(struct?task_struct?*p,?cputime_t?cputime,
???????????????????????cputime_t?cputime_scaled)
{
????//?獲取?CPU?的統(tǒng)計(jì)結(jié)構(gòu)(每個CPU一個?cpu_usage_stat?結(jié)構(gòu))
????struct?cpu_usage_stat?*cpustat?=?