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Linux 测试cpu性能详解
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在这篇文章中,主要介绍Linux 测试cpu性能的一些基础知识,首先介绍一下Linux kernel中的调度器(scheduler),调度器负责调度系统中的两种资源,一是线程,二是中断。调度器给不同资源不同的优先级。

在这篇文章中,主要介绍Linux 测试cpu性能的一些基础知识.首先介绍一下Linux kernel中的调度器(scheduler),调度器负责调度系统中的两种资源,一是线程,二是中断。调度器给不同资源不同的优先级。

Linux 测试cpu性能从高到低为:
1. 硬件中断(Hardware Interrupts)--这些请求由硬件触发,比如磁盘已经完成了读写任务或是网卡受到了新的数据包。
2. 软件中断(Software Interrupts)--这里指的是维护内核运行的内核态软件中断。比如内核的时钟管理进程。
3. 实时进程(Real time threads)--实时进程比内核本身具备更高的优先级,它可以抢占内核的CPU时间片,在2.4内核是一个不可抢占的内核,它中不支持实时程序。
4. 内核进程(Kernel threads)--包括所以的内核程序。
5. 用户进程(User threads)-- 所有运行在用户态的进程。


关于Linux 测试cpu性能,有3个重要的概念:上下文切换(context switchs),运行队列(Run queue)和使用率(utilization)。

上下文切换:
目前流行的CPU在同一时间内只能运行一个线程,超线程的处理器可以在同一时间运行多个线程(包括多核CPU),Linux内核会把多核的处理器当作多个单独的CPU来识别。
 一个标准的Linux内核何以支持运行50~50000个进程运行,对于普通的CPU,内核会调度和执行这些进程。每个进程都会分到CPU的时间片来运行,当一个进程用完时间片或者被更高优先级的进程抢占后,它会备份到CPU的运行队列中,同时其他进程在CPU上运行。这个进程切换的过程被称作上下文切换。过多的上下文切换会造成系统很大的开销。

运行队列:
每个CPU都会维持一个运行队列,理想情况下,调度器会不断让队列中的进程运行。进程不是处在sleep状态就是run able状态。 如果CPU过载,就会出现调度器跟不上系统的要求,导致可运行的进程会填满队列。队列愈大,程序执行时间就愈长。“load”用来表示运行队列,用top命令我们可以看到CPU一分钟,5分钟和15分钟内的运行队列的大小。这个值越大表明系统负荷越大。

Linux 测试cpu性能CPU使用率:
CPU使用率可分为一下几个部分
User Time—执行用户进程的时间百分比;
System Time—执行内核进程和中断的时间百分比;
Wait IO—因为IO等待而使CPU处于idle状态的时间百分比;
Idle—CPU处于Idle状态的时间百分比。

关于时间片和动态优先级:
时间片对于CPU来说是很关键的参数,如果时间片太长,就会使系统的交互性能变差,用户感觉不到并行。如果太短,又会造成系统频繁的上下文切换,使性能下降。对于IO Bound的系统来讲并不需要太长的时间片,因为系统主要是IO操作;而对于CPU Bound的系统来说需要长的时间片以保持cache的有效性。每一个进程启动的时候系统都会给出一个默认的优先级,但在运行过程中,系统会根据进程的运行状况不断调整优先级,内核会升高或降低进程的优先级(每次增加或降低5),判断标准是根据进程处于sleep状态的时间。IO Bound进程大部分时间在sleep状态,所以内核会调高它的优先级,CPU Bound进程会被内核惩罚降低优先级。因此,如果一个系统上即运行IO Bound进程,又运行CPU Bound进程,我们会发现,IO Bound进程的性能不会下降,而CPU Bound进程性能会不断下降。
我们运行一个CPU Bound的程序:cpu-hog。用ps命令可以看出它的优先级在不断下降。
 

  1. term1# ./cpu-hog  
  2. term2# while :; do ps -eo pid,ni,pri,pcpu,comm | egrep  
  3. 'hog|PRI'; sleep 1; done  
  4. PID NI PRI %CPU COMMAND  
  5. 22855 0 20 84.5 cpu-hog  
  6. PID NI PRI %CPU COMMAND  
  7. 22855 0 18 89.6 cpu-hog  
  8. PID NI PRI %CPU COMMAND  
  9. 22855 0 15 92.2 cpu-hog  
  10. PID NI PRI %CPU COMMAND  
  11. 22855 0 15 93.8 cpu-hog  

我们运行find命令,是一个IO Bound的程序,可以观察到它的优先级不断提高。
 

  1. term1# find /  
  2. term2# while :; do ps -eo pid,ni,pri,pcpu,comm | egrep  
  3. 'find|PRI'; sleep 1; done  
  4. PID NI PRI %CPU COMMAND  
  5. 23101 0 20 0.0 find  
  6. PID NI PRI %CPU COMMAND  
  7. 23101 0 21 4.0 find  
  8. PID NI PRI %CPU COMMAND  
  9. 23101 0 23 3.5 find  
  10. PID NI PRI %CPU COMMAND  
  11. 23101 0 23 4.3 find  
  12. PID NI PRI %CPU COMMAND  
  13. 23101 0 23 4.2 find  
  14. PID NI PRI %CPU COMMAND  
  15. 23101 0 23 4.4 find  

 

正如我们之前讨论的任何系统的性能比较都是基于基线的,并且监控CPU的性能就是以上3点,运行队列、CPU使用率和上下文切换。以下是一些对于CPU很普遍的性能要求:
1. 对于每一个CPU来说运行队列不要超过3,例如,如果是双核CPU就不要超过6;
2. 如果CPU在满负荷运行,应该符合下列分布,
a) User Time:65%~70%
b) System Time:30%~35%
c) Idle:0%~5%
3. 对于上下文切换要结合CPU使用率来看,如果CPU使用满足上述分布,大量的上下文切换也是可以接受的。
常用的监视工具有,vmstat, top,dstat和mpstat.
 

  1. # vmstat 1  
  2. procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- ----cpu----  
  3. r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa  
  4. 0 0 104300 16800 95328 72200 0 0 5 26 7 14 4 1 95 0  
  5. 0 0 104300 16800 95328 72200 0 0 0 24 1021 64 1 1 98 0  
  6. 0 0 104300 16800 95328 72200 0 0 0 0 1009 59 1 1 98 0  

 

r表示运行队列的大小,
b表示由于IO等待而block的线程数量,
in表示中断的数量,
cs表示上下文切换的数量,
us表示用户CPU时间,
sys表示系统CPU时间,
wa表示由于IO等待而是CPU处于idle状态的时间,
id表示CPU处于idle状态的总时间。


总结的说,Linux 测试CPU性能监控包含以下方面:
检查系统的运行队列,确保每一个CPU的运行队列不大于3.
确保CPU使用分布满足70/30原则(用户70%,系统30%)。
如果系统时间过长,可能是因为频繁的调度和改变优先级。
CPU Bound进程总是会被惩罚(降低优先级)而IO Bound进程总会被奖励(提高优先级)。

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责任编辑:chenqingxiang 来源: hi.baidu
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