Linux：CPU使用率100%排查方法

Linux做爲一個多任務操做系統，將每一個CPU的時間劃分爲很短的時間片，再經過調度器輪流分配給各個任務使用，所以形成多任務同時運行的錯覺。

CPU使用率
Linux做爲一個多任務操做系統，將每一個CPU的時間劃分爲很短的時間片，再經過調度器輪流分配給各個任務使用，所以形成多任務同時運行的錯覺。
爲了維護CPU時間，Linux經過事先定義的節拍率（內核中表示爲HZ），觸發時間中斷，並使用全局變量Jiffies記錄了開機以來的節拍數。每發生一次時間中斷，Jiffies的值就加1。
節拍率HZ是內核的可配選項，能夠自定義配置，可經過/boot/config來查詢

$ grep 'CONFIG_HZ=' /boot/config-$(uname -r)
CONFIG_HZ=1000

CPU使用率有不少重要指標，具體含義以下：

user（一般縮寫爲us），表明用戶態CPU時間。注意，它包括下面的nice時間，但包括了guest時間。

nice（一般縮寫爲ni），表明低優先級用戶態CPU時間，也就是進程的nice值被調整爲1-19之間是的CPU時間。

system（一般縮寫爲sys），表明內核態CPU時間

idle（一般縮寫爲id），表明空閒時間。注意，它不包括I/O等待時間（iowait）

iowait（一般縮寫爲wa），表明等待I/O的CPU時間

irq（一般縮寫爲hi），表明處理硬中斷的CPU時間

softirq（一般縮寫爲si），表明處理軟中斷的CPU時間

steal（一般縮寫爲st），表明當系統運行在虛擬機中的時候，被其餘虛擬機佔用的CPU時間

guest（一般縮寫爲guest），表明經過虛擬化運行其餘操做系統的時間，也就是運行虛擬機的CPU時間

而咱們一般所說的CPU使用率，就是除了空閒時間外的其餘時間佔總CPU時間的百分比，用公式表示爲：

上面這個計算方式是不具有參考意義的，由於總CPU時間是機器開機以來的，事實上，爲了計算CPU使用率，性能工具都會取間隔一段時間（好比5秒）的兩次值，作差後，再計算出這段時間內的平均CPU使用率，即：

不過須要注意的是，性能分析工具給出的都是間隔一段時間的平均CPU使用率，因此要注意間隔時間的設置，特別是多個工具對比分析時，須要保證它們的間隔時間是相同的。

好比，對比一下top和ps這兩個工具報告的CPU使用率，默認的結果可能不同，由於top默認使用3秒時間間隔，而ps使用的倒是進程的整個生命週期。
查看CPU使用率的方法

知道了cpu使用率的含義後，咱們再來看看要怎麼查看CPU使用率，說道查看cpu使用率性能工具，首先會想到ps、top。

top顯示了系統整體的CPU和內存使用狀況，以及各個進程的資源使用狀況

ps則是顯示了每一個進程的資源使用狀況

好比，top的輸出格式：

須要注意的，top默認顯示的全部CPU的平均值，這個時候只須要按下數字1，就能夠切換到每一個CPU的使用率了。
繼續往下看，空白行以後是進程的實時信息，每一個進程都有一個%CPU列，表示進程的CPU使用率，它是用戶態和內核態CPU使用率的總和，包括進程用戶空間、使用的CPU、經過系統調用執行的內核空間CPU、以及在就緒隊列等待運行的CPU。
分析進程的命令，好比pidstat，改命令包括：

用戶態CPU使用率（%user）
內核態CPU使用率（%system）
運行虛擬機CPU使用率（%guest）
等待CPU使用率（%wait）
以及總的CPU使用率（%CPU）

CPU使用率太高怎麼辦

經過top、ps、pidstat等工具，能夠找到具體的進程，但若是還想知道是代碼中的哪一個函數呢？找到它，才能更高效、更有針對性地進行優化
。
推薦使用系統內置的perf工具，它以性能事件採樣做爲基礎，不只能夠分析系統的各類事件和內核性能，還能夠用來分析指定應用程序的性能問題。

第一種經常使用方法是perf top

輸出結果中，第一行包含三個數據，分別是採樣數（Samples）、事件類型（Event）和事件總數量（Event count）。

再往下看是一個表格數據，每一行包含四列，分別是：

第一列Overhead，是該符號的性能事件在全部採樣中的比例，用百分比表示
第二列Shared，是該函數或指令所在的動態共享對象，如內核、進程名、動態連接庫名等
第三列Object，是動態共享對象的類型，好比[.]表示用戶空間可執行程序、或者動態連接庫，而[k]則表示內核空間
最後一列Symbol是符號名，也就是函數名。當函數名未知時，用十六進制的地址表示

第二種用法，就是perf record和perf report。perf top雖然實時展現了系統的性能信息，但它的缺點是並不保存數據，也就是沒法用於離線或者後續的分析，而record則提供了保存數據的功能，保存數據後，使用perf report解析展現。