1.概述

大家經(jīng)常對一個系統(tǒng)的容量進行評估時，會參考cpu.idle和cpu.load指標，但是這兩個指標到底在什么區(qū)間，表示系統(tǒng)是正常或者異常呢，業(yè)內(nèi)有不同的說法。因此本文搜集一些資料，并對一個系統(tǒng)進行壓測，最終來獲得一個比較客觀的觀點，如有不對，可以在評論區(qū)進行交流。

在開始之前，我們必須對系統(tǒng)運轉(zhuǎn)有一個整體的認識。在Linux內(nèi)核中，每個進程都會被分配一個固定的時間片，默認為10ms，在這10ms中，該進程享有cpu的所有權(quán)。10ms看上去很短，但以2.6GHz的Intel處理器為例，10ms能夠處理5000w條指令，對于絕大多數(shù)的應用這已經(jīng)足夠長了。如果該進程用完了10ms,或者有其他優(yōu)先級高的進程發(fā)出請求，系統(tǒng)會觸發(fā)一個中斷，內(nèi)核重新接管cpu，內(nèi)核分配cpu給其他進程。10ms的分片讓用戶，也就是我們覺得我們的系統(tǒng)運轉(zhuǎn)非常流暢，盡管我們可能同時開了很多的應用。

2.cpu.idle

CPU利用率主要分為用戶態(tài)，系統(tǒng)態(tài)和空閑態(tài)，分別表示CPU處于用戶態(tài)執(zhí)行的時間，系統(tǒng)內(nèi)核執(zhí)行的時間，和空閑系統(tǒng)進程執(zhí)行的時間，三者之和就是CPU的總時間，當沒有用戶進程、系統(tǒng)進程等需要執(zhí)行的時候，CPU就執(zhí)行系統(tǒng)缺省的空閑進程。CPU的利用率就是指非空閑進程占用時間的比例，即CPU執(zhí)行非空閑進程的時間/CPU總的執(zhí)行時間。

/proc文件系統(tǒng)是一個偽文件系統(tǒng)，它只存在內(nèi)存當中，而不占用外存空間。它以文件系統(tǒng)的方式為內(nèi)核與進程提供通信的接口。用戶和應用程序可以通過/proc得到系統(tǒng)的信息，并可以改變內(nèi)核的某些參數(shù)。由于系統(tǒng)的信息，如進程，是動態(tài)改變的，所以用戶或應用程序讀取/proc目錄中的文件時，proc文件系統(tǒng)是動態(tài)從系統(tǒng)內(nèi)核讀出所需信息并提交的。

cpu.idle是基于/proc/stat計算出來的，首先了解一下/proc/stat的各項指標的意義。

代碼塊
Shell

[xietao02@gh-trip-open-opengateway-staging01 ~]$ cat /proc/stat

cpu  30512019 2905 18888929 5215060855 449961 258 322293 482253 0

cpu0 12054132 723 5666598 1297356736 439476 258 173174 175261 0

cpu1 6256562 718 4332274 1305529992 4073 0 50163 105721 0

cpu2 6252205 723 4470475 1305772598 3466 0 49552 102278 0

cpu3 5949118 739 4419581 1306401527 2944 0 49403 98992 0

intr 10488180092 119 7 0 0 0 0 0 0 1 0 0 33 104 0 0 68 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10319942 0 336 0 18155452 0 14 0 265289852 3907 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

ctxt 18254375560

btime 1516246663

processes 13216259

procs_running 1

procs_blocked 0

softirq 3948723530 0 1488253637 8488 455883603 17 0 179 392363322 13619548 1598594736

第一行的數(shù)值表示的是CPU總的使用情況，cpu0、cpu1、cpu2、cpu3分別指每個cpu核心的cpu使用情況，下表解析第一行各數(shù)值的含義（單位：jiffies）：

user (30512019)	從系統(tǒng)啟動開始累計到當前時刻，用戶態(tài)的CPU時間，不包含nice值為負進程。
nice (2905)	從系統(tǒng)啟動開始累計到當前時刻，nice值為負的進程所占用的CPU時間
system (18888929)	從系統(tǒng)啟動開始累計當前時刻，核心時間
idle (5215060855)	從系統(tǒng)啟動開始累計到當前時刻，除IO等待時間以外其它等待時間
iowait (449961)	從系統(tǒng)啟動開始累計到當前時刻，IO等待時間 2.5.41版本新增字段
irq (258)	從系統(tǒng)啟動開始累計到當前時刻，硬中斷時間 2.6.0版本新增字段
softirq (322293)	從系統(tǒng)啟動開始累計到當前時刻，軟中斷時間 2.6.0版本新增字段
stealstolen(482253)	當一臺物理機有多個虛擬機時，該cpu在其他虛擬機運行的時間 which is the time spent in other operating systems when running in a virtualized environment 2.6.11
guest(0)	在cpu內(nèi)核控制下，提供給在上面運行虛擬機占用的cpu時間 which is the time spent running a virtualCPUforguest operating systemsunder the control of the Linux kernel 2.6.24

因為/proc/stat中的數(shù)值都是從系統(tǒng)啟動開始累計到當前時刻的積累值，所以需要在不同時間點t1和t2取值進行比較運算，當兩個時間點的間隔較短時，就可以把這個計算結(jié)果看作是CPU的即時利用率。

其他參數(shù)的含義

ctxt	上下文切換次數(shù)
btime	系統(tǒng)啟動到當前的時間	sec
process	自啟動以來，創(chuàng)建任務個數(shù)
procs_running	當前運行任務個數(shù)
procs_blocked	阻塞的任務個數(shù)

2.1 CPU的即時利用率的計算公式(top falcon命令顯示的)：

CPU在t1到t2時間段總的使用時間= ( user2+ nice2+ system2+ idle2+ iowait2+ irq2+ softirq2+stealstolen2+guest2) - ( user1+ nice1+ system1+ idle1+ iowait1+ irq1+ softirq1+stealstolen1+guest1)

CPU在t1到t2時間段空閑使用時間= (idle2 - idle1)

CPU在t1到t2時間段即時利用率= 1 - CPU空閑使用時間/ CPU總的使用時間

從top命令中看到的idle和falcon看到的cpu.idle都是以上的計算結(jié)果。

從falcon上看到的cpu.busy=1-cpu.idle。

2.2 CPU的平均利用率的計算公式(sar -u和ps aux命令顯示的)

1-(當前時間對應的cpu.idle值 )/ (當前時間對應的cpu.total值)，cpu.total就是cpu那一行所有項的加和。

2.3 進程和線程的cpu使用率

/proc目錄中有一些以數(shù)字命名的目錄，它們是進程目錄。系統(tǒng)中當前運行的每一個進程在/proc下都對應一個以進程號為目錄名的目錄/proc/pid，它們是讀取進程信息的接口。此外，在Linux 2.6.0-test6以上的版本中/proc/pid目錄中有一個task目錄，/proc/pid/task目錄中也有一些以該進程所擁有的線程的線程號命名的目錄/proc/pid/task/tid，它們是讀取線程信息的接口。

linux中的輕量級進程(lwp)即為線程，對應tid。

計算某一個進程和某一個線程的cpu利用率，和計算系統(tǒng)的cpu利用率類似。讀取/proc/pid/stat或者讀取/proc/pid/task/stat中的參數(shù)來進行計算。

3. cpu.load(系統(tǒng)平均負載,通過top、uptime、和falcon可以查看)

系統(tǒng)平均負載被定義為在特定時間間隔內(nèi)運行隊列中(在CPU上運行或者等待運行多少進程)的平均進程數(shù)。如果一個進程滿足以下條件則其就會位于運行隊列中：

它沒有在等待I/O操作的結(jié)果

它沒有主動進入等待狀態(tài)(也就是沒有調(diào)用’wait’)

沒有被停止(例如：等待終止)

在Linux中，進程分為三種狀態(tài)，一種是阻塞的進程blocked process，一種是可運行的進程runnable process，另外就是正在運行的進程running process。

進程可運行狀態(tài)時，它處在一個運行隊列run queue中，與其他可運行進程爭奪CPU時間。系統(tǒng)的load是指正在運行和準備好運行的進程的總數(shù)。比如現(xiàn)在系統(tǒng)有2個正在運行的進程，3個可運行進程，那么系統(tǒng)的load就是5。

cpu.load是基于/proc/loadavg進行統(tǒng)計的。
查看系統(tǒng)平均負載使用“cat /proc/loadavg”命令，輸出結(jié)果如下：
0.27 0.36 0.37 4/83 4828/
前三個指1、5、15分鐘內(nèi)的平均進程數(shù)（可以簡單理解為每五秒統(tǒng)計一次，其實真實計算比較復雜。https://blog.csdn.net/jlds123/article/details/7617132）。后面兩個指(正在運行的進程數(shù)/進程總數(shù))和最近運行的進程ID號。

另外，通過"load average"中的三個數(shù)字，我們還可以了解到當前服務器的負載的變化趨勢，如果1分鐘的CPU負載 > 5分鐘的CPU負載，說明服務器目前處在CPU負載高峰期；而如果1分鐘的CPU負載 < 5分鐘的CPU負載，則說明服務器的CPU負載高峰期剛剛過去了，如果是你處理了什么性能問題，則表明該處理已經(jīng)顯現(xiàn)成效了。

cpu.load大于多少沒有性能夠問題呢？

理想情況下cpu不空閑，但每個線程又都能及時獲得cpu時間，沒有等待的線程，任務處理完，緊接著出現(xiàn)另外一個可運行線程來獲得cpu時間，此時cpu.load/cores=1。如果cpu.load過大則表示，有部分線程在等待獲得cpu資源，過小表示cpu資源比較空閑。

對于cpu.load多少開始出現(xiàn)性能問題，外界有不同的說法，有的認為cpu.load/cores最好不要超過1，有的認為cpu.load/cores最好不要超過3，有的認為cpu.load不超過2*cores-2即可。

針對技術商服務進行壓測時，發(fā)現(xiàn)load低時，接口TP999響應時間<50ms，而cpu.load/cores>4時，TP999響應時間約為200ms左右，多出來的時間可以理解為線程等待cpu處理的時間，可見cpu.load/cores過高時是影響接口響應時間的。

因此可以結(jié)合預期的接口響應時間，來定義每個服務的cpu.load/cores不超過多少。比如要求接口響應時間盡可能快的，最好確保cpu.load/cores不超過1，而對時間敏感性要求不太高時，一般要求cpu.load/cores不超過3。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的浅谈cpu.idle和cpu.load的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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