LinuxCPU达到瓶颈，怎样优化？
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给了我们三个不同时间间隔的平均值，给我们提供了分析系统负载趋势的数据来源，让我们更全面、更立体地理解目前的负载情况。
1 分钟、5 分钟、15 分钟 的三个值基本相同，或者相差不大，说明系统负载很平 如果1 分钟的值远小于15 分钟 的值，说明系统最近 1 分钟的负载在减少，而过去 15 分钟内却有很大的负载 如果1 分钟 的值远大于 15 分钟的值，就说明最近 1 分钟的负载在增加。一旦 1 分钟的平均负载接近或超过了 CPU 的个数，就意味着系统正在发生过载的问题。 uptime 命令在有些嵌入式设备中，会被裁减掉，但是可以通过 proc 文件系统来获取。命令： cat /proc/loadavg 很显然，当前命令展示的平均负载在 CPU 为 4 个时候已经过载 1.2.2. 平均负载与 CPU 使用率 平均负载不仅包括了正在使用 CPU 的进程，还包括了等待 CPU 和等待 I/O 的进程。 CPU 使用率是指单位时间内 CPU 繁忙情况的统计，跟平均负载并不一定完全对应。比如： CPU 密集型进程，使用大量 CPU 会导致平均负载升高，此时这两者是一致的; I/O 密集型进程，等待 I/O 也会导致平均负载升高，但 CPU 使用率不一定很高 大量等待 CPU 的进程调度也会导致平均负载升高，此时的 CPU 使用率也会比较高。 1.3. CPU 上下文切换 在每个任务运行前， CPU 都需要知道任务从哪里加载、又从哪里开始运行、也就是说，需要系统事先给他设置好 CPU 寄存器和程序计数器(Program Counter， PC) CPU 寄存器：是 CPU 内置的容量小、但速度极快的内存。 程序计数器：是用来存储 CPU 正在执行的指令位置、或者即将执行的下一条指令位置。 它们都是 CPU 在运行任何任务前，比如的依赖环境，因此也被叫做 CPU 上下文。 上下文切换：就是先把前一个任务的 CPU 上下文(也就是 CPU 寄存器和程序计数器)保存起来，然后加载新任务的上下文到这些寄存器和程序计数器，最后再跳转到程序计数器所指的新位置，运行新任务。 CPU 的上下文切换可以分为进程上下文切换、线程上下文切换以及中断上下文切换。 1.3.1. 进程上下文切换 Linux 按照特权等级，把进程的运行空间分为内核空间和用户空间 内核空间(Ring 0)具有最高权限，可以直接访问所有资源。 用户空间(Ring 3)只能访问受限资源，不能直接访问内存等硬件设备，必须通过系统调用陷入到内核中，才能访问这些特权资源。 1.3.2. 进程上下文切换和系统调用的区别 进程是由内核来管理和调度的，进程的切换只能发生在内核态。所以，进程的上下文不仅包括了虚拟内存、栈、全局变量等用户空间的资源，还包括了内核堆栈、寄存器等内核空间的状态。 系统调用过程中，并不涉及到虚拟内存等进程用户态的资源，也不会切换进程。 进程上下文切换，是指从一个进程切换到另一个进程进行。 系统调用过程中一直是同一个进程在运行。 因此，进程的上下文切换比系统调用时多了一步：在保存当前进程的内核状态和 CPU 寄存器之前，需要先把该进程的虚拟内存、栈等保存下来;而加载了下一个进程的内核态后，还需要刷新进程的虚拟内存和用户栈。 1.3.3. 什么时候会切换进程上文 进程执行终止，它之前使用的 CPU 会释放出来，这时再从就绪队列里，拿一个新的进程过来运行。 当某个进程的时间片耗尽了，就会被系统挂起，切换到其他正在等待 CPU 的进程进行 进程在系统资源不足(比如内存不足)时，等到资源满足后才可以运行，这个时候进程也会被挂起，并由系统调度其他进程运行。 当进程通过睡眠函数 sleep 这样的方法将自己主动挂起时，自然也会重新调度。 当有优先级更高的进程运行时，为了保证高优先级进程的运行，当前进程会被挂起，由高优先级进程来运行。 发生硬件中断时，CPU 上的进程会被中断挂起，转而执行内核中的中断程序服务。 1.3.4. 线程上下文切换 线程和进程的区别 线程是调度的基本单位，而进程则是资源拥有的基本单位。 当进程只有一个线程时，可以认为进程就等于线程。 当进程拥有多个线程时，这些线程会共享相同的虚拟内存和全局变量等资源。这些资源在上下文切换时是不需要修改的。 线程也有自己的私有数据，比如栈和寄存器等，这些在上下文切换时也是需要保存的。 线程的上下文切换两种情况 前后两个线程属于不同进程。此时，因为资源不共享，所以切换过程就跟进程上下文切换是一样的。 前后两个线程属于同一个进程。此时，因为虚拟内存是共享的，所以在切换时，虚拟内存这些资源就保持不动，只需要切换线程的私有数据、寄存器等不共享的数据。 1.3.5. 中断上下文切换 中断处理会打断进程的正常调度和执行。在打断其他进程时，需要将进程当前的状态保存下来，中断结束后，进程仍然可以从原来的状态恢复运行。 进程上下文切换和中断上下文切换的区别 中断上下文切换并不涉及到进程的用户态。所以，即便中断过程打断了一个正处在用户态的进程，也不需要保存和恢复这个进程的虚拟内存、全局变量等用户态资源。中断上下文，其实只包括内核态中断服务程序执行所必须的状态，包括 CPU 寄存器、内核堆栈、硬件中断参数等。 对同一个 CPU 来说，中断处理比进程拥有更高的优先级。 进程上下文切换和中断上文切换的相同之处 都需要消耗 CPU，切换次数过多会耗费大量 CPU，甚至严重降低系统的整体性能。 1.3.6. CPU 上下文切换小结 CPU 上下文切换，是保证 Linux 系统正常工作的核心功能之一，一般情况下不需要我们特别关注。 但过多的上下文切换，会把 CPU 时间消耗在寄存器、内核栈以及虚拟内存等数据的保存和恢复上，从而缩短进程真正运行的时间，导致系统的整体性能大幅下降 1.3.7. 如何查看系统的上下文切换 常用的系统性能分析工具，主要用来分析系统的内存使用情况，也常用来分析 （编辑：源码网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
