从根上理解CPU使用率

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如何评估系统 CPU 性能？答案通常不是平均负载或 CPU 上下文切换，而是 CPU 使用率。CPU 使用率以百分比形式呈现，统计单位时间内的 CPU 使用情况。用户是否清楚 CPU 使用率的计算方法？如何区分 top、ps 等性能工具所展示的 %user、%nice、%system、%iowait、%steal 等数据？了解这些问题的答案之前，需要解释节拍率的概念。节拍率，Linux 内核用于维护 CPU 时间的频率，即每秒中断次数。HZ 表示系统定时器频率，通常设置为 100 或 1000，影响系统计时精度。USER_HZ 是用户空间节拍率，固定为 100，与内核节拍率 HZ 可能不一致，内核会通过转换机制确保两者同步。查看 CPU 节拍信息可以通过 /proc 文件系统实现。了解各参数的含义：user（us）代表用户态 CPU 时间；nice（ni）表示低优先级用户态 CPU 时间；system（sys）代表内核态 CPU 时间；idle（id）表示空闲时间；iowait（wa）代表等待 I/O 的 CPU 时间；irq（hi）表示处理硬中断的 CPU 时间；softirq（si）表示处理软中断的 CPU 时间；steal（st）代表虚拟机占用的 CPU 时间；guest（guest）表示虚拟机运行的 CPU 时间；guest_nice（gnice）表示低优先级虚拟机的 CPU 时间。CPU 使用率计算公式是：（除空闲时间外的其他时间 / 总 CPU 时间）* 100%。直接使用 /proc/stat 数据计算的是开机以来的平均 CPU 使用率，通常没有参考价值。性能工具通常取间隔一段时间的两次值，计算这段时间内的平均 CPU 使用率。CPU 使用率的计算需要考虑时间间隔，不同工具使用不同间隔可能导致比较差异。对于进程级别的 CPU 使用率，Linux 提供了 /proc/[pid]/stat 文件，包含丰富的运行统计信息。现代 Linux 系统提供性能分析工具，自动计算 CPU 使用率，更方便。PIDSTAT 工具专门用于分析每个进程的 CPU 使用情况。CPU 使用率高的情况，使用这些指标和工具进行排查。