圖解cpu load和cpu使用率
最近在做一個性能提升的專案，方案改進前後需要關注cpu相關的一些指標，之前對於cpu load和cpu使用率的概念分的不是太清楚，看了這篇部落格之後感覺挺有意思的，轉給有需要的同學 。
目錄
1. 什麼是Cpu的Load
使用uptime、top或者檢視/proc/loadavg都可以看到CPU的load統計，這裡有三個值，分別代表1分鐘、5分鐘和15分鐘的CPU Load情況。大部分人認為這三個數值越小說明比較好，如果越高說明系統可能存在問題或負載過高了。那這個值處於什麼狀態是好什麼又是不好？什麼時候需要關注並檢查高的原因？
LOAD AVERAGE：一段時間內CPU正在處理和等待處理的程序總和，它是從另外一個角度體現CPU的使用狀態。
如何理解LOAD這個含義呢？
上圖1個電話亭可以理解為一個CPU核心。從上圖的過程中可以看到load的概念，而使用率始終100%。
理想的CPU load是多少
一定不是1。小於1就好嗎？如果你的LOAD小於1但是一直大於0.70則你就需要注意一下，看看是不是有什麼隱患。
如果則長期是1或者大於1，則需要儘快修復。
不過上面是基於單CPU單核心來說的。
多核心CPU和多處理器
對於效能而言一個雙核CPU和2個單核CPU是差不多的，當然一些細小區別是CPU的快取、程序可能會在多個CPU上切換等。除了這些對於LOAD而言，核心個數才是最重要的，有多少個物理處理器不重要。
對於一個4核心處理器的系統來說，一個LOAD為3.00依然很健康，因為LOAD相對於處理器的核心數來說，100%使用率在一個單核處理器上的load是1.00，那麼在一個雙核處理器上就是2.00，在一個4核心處理器上就是4.00。
回到橋的那個例子，如果橋只有1條車到那麼LOAD是1.00表示橋達到最大承載能力，如果在一個有2條車道的橋上1.00表示橋的負載啊是50%，1條車道滿了，另外一條空閒可以繼續通行。
所以對於有多核心CPU的系統來說最大LOAD是最大的核心數量，你的LOAD不應該超過最大核心數量。2CPU、每個CPU有6個物理核心、算上超執行緒最終的邏輯CPU個數是24個。比如在Linux檢視如下：
這裡一個processor就算一個核心，雖然這裡的數量是通過因特爾的超執行緒模擬出來的
應該關注哪個值
應該關注5分鐘或者15分鐘，因為CPU偶爾高一些比較正常，但是如果最近15分鐘都很高就需要調查了。
檢視Linux系統物理CPU個數、核心數和邏輯CPU個數
總核數 = 物理CPU個數 * 每個物理CPU的核心數
總邏輯CPU數 = 物理CPU個數 * 每個物理CPU的核心數 * 超執行緒數量
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| sort| uniq| wc -l |
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2. 什麼是CPU使用率
使用率這個要結合時間片來說，從上圖的演變可以看出影響使用率高低的因素不是LOAD的多少，而是在分配給某個程序時間片時，這個程序是否使用了CPU的計算能力。
在第四分鐘時候，分配給藍人1分鐘，但是它什麼也沒幹，這1分鐘內電話是閒置的沒有被使用，所以這一分鐘內的電話使用率就是0%。但是LOAD是3。
當然這裡就存在一個統計週期的問題，上圖我們的統計週期是1分鐘，而分配給每個人的最小時間單位也是1分鐘。從計算機角度來說，單核心CPU，假設1秒鐘分為100個時間片，如果2個任務，第一個任務用了5個時間片執行完成，另外一個任務用了15個時間片執行完成，所以如果統計週期是1秒，那麼這1秒內的CPU使用率就是20%。CPU利用率高不一定負載高。利用率是一段時間內CPU被佔用的情況。
CPU負載高利用率低：說明等待執行的任務很多，但是通常任務多CPU使用率也會比較高，如果低就說明CPU根本沒工作，哪些很多的任務處於等待狀態，可能程序僵死了。可以通過命令ps –axjf檢視是否存在D狀態的程序，該狀態時不可中斷的睡眠狀態。這種狀態無法被KILL。而有時候你通過top命令也看不出來，只能顯示LOAD高，但是沒有哪個程序的CPU使用率明顯高，你可以通過ps –ux來檢視。
CPU利用率高負載低：說明任務少，但是任務執行時間長，有可能是程式本身有問題，如果沒有問題那麼計算完成後則利用率會下降。
3. CPU多核心和多執行緒
CPU的組成是由控制器（Control Unit 負責排程）和運算器（Processing Unit 運算處理單元）組成。
單核CPU：一個分配工作的、一個具體幹活的，來了一個任務那麼先有控制器進行進行排程，如果此時運算器空閒那麼就直接由運算器進行處理，如果此時運算器正在處理其他任務那麼這個後來的任務就需要等待。
多核CPU：就是每個核心都有一組控制器和運算器。比如I5是4核心，簡單來說他可以並行處理四個任務。假設這時候同時來了8個任務，那麼分配到四個核心上相當於4個佇列，此時每個佇列只有2個任務。相比單核心CPU執行效率會大大提高。
什麼是超執行緒
超執行緒（HT）：超執行緒和多執行緒不同，多執行緒是程式方面的屬於軟的程式碼級別的，超執行緒是硬體架構方面的，通過控制器來模擬邏輯核心。
超執行緒有什麼作用？其實也是為了提高效率更高的榨乾控制器的執行能力。為什麼這麼說呢，因為任務過來之後很多時候不是馬上就能由運算器進行計算的，它還需要其他資源比如網路傳輸過來的資料或者是硬碟中的資料，那麼此時運算器就閒著，為了更大限度利用運算器，我可以設定2個控制器對應一個運算器，其中一個控制器處理的程式需要等待資料的時候，如果另外一個控制器處理的程式不需要等待或者資料已經準備好，那麼就可以立即傳送給運算器進行計算。
下圖藍色和橙色都是CPU的運算器在工作，白色表示運算器空閒。A圖是單核心、B圖是雙核心、C圖是單核心啟用超執行緒，可以看到C圖的CPU利用率最大。
多執行緒有什麼缺點
爭搶：核心上運算器只有一個，但是控制器2個，如果來的一個任務那麼這兩個控制器就需要協調一下誰來處理，所以這個會有一定損耗。這就相當於執行緒池中的驚群概念。
發生擁擠：物理核心太多如果開啟HT則邏輯核心增加一倍，如果這時候來了幾百個任務，如何分配這些任務到哪些核心上就是個問題，雖然這是由作業系統來做的排程但是也會有額外損耗，相反你只有一個我就根本不需要考慮分配的問題。
4. 一次問題排查
檢視佇列長度，r表示執行和等待CPU時間片的程序數量；b表示等待資源的程序數量比如IO、或者記憶體互動等。
檢視程序中哪個執行緒使用率高
根據執行緒來檢視具體程式碼。
你也可以直接殺死這個程序。我這裡直接殺死，然後LOAD就下降了。
