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服务器卡顿之——CPU性能分析

相信有工作几年的测试人员，在做测试时，一发现测试环境卡顿，就会想着去看服务器运行状态。

怎么看？

可能大脑里第一反应就是用‘top’，执行top命令，看啥呢？

你看这个，啥情况？有人能告诉我，为啥CPU使用率这么低，但是load值缺比较高吗？

不知道原因，但是，知道现在系统load值很高，所以服务器很卡。

今天，我们就来给大家介绍下，怎么看服务器运行情况。

首先，看服务器的运行情况，我们肯定会去看CPU的运行情况。当我们在执行top命令的时候，我们会看到有一个 %CPU(s) 这样一行，这一行，就是显示CPU的运行情况(默认间隔3秒钟更新数据)，其中

• us：用户态，未改变优先级的进程占用CPU的百分比
• sy： 系统态，内核空间占用CPU百分比
• ni： 用户态改变优先级的进程占用的CPU百分比
• id： 空闲的时间百分比
• wa： 空闲&等待IO的时间百分比
• hi： 硬中断时间百分比
• si： 软中断时间百分比
• st： 虚拟化时被其余vm窃取的时间百分比

这些，我们得知道是什么意思。

然后，我们还需要知道，按下数字键 ‘1’，就会看到 %Cpu(0)..... 这样多行，就可以知道当前有多少个活跃的CPU(逻辑)。

那么，接下来的问题就是这些数据分别代表什么意思？与load又是什么关系？

要想弄明白这两个问题，我们得先知道CPU由哪些部分组成及他们之间是怎么工作的。

很多人说，CPU是由三个部分组成，其实，还不准确，准确来说，应该是由4个重要部分组成：计算器、控制器、寄存器和时钟。

• 计算器，顾名思义，就是CPU中进行运算的核心元件，CPU实现的所有计算，都是由它来完成的。
• 控制器，就是CPU的指挥控制中心，是管理者，做一些指挥调度工作。
• 寄存器，这个买过电脑的同学应该都熟悉，现在买电脑CPU都要看有几级缓存，缓存大小。它是CPU中暂存数据的地方，待处理和已经处理的数据，都会暂存在这里。
• 时钟，这个东西，你说它在吧，它又不在；不在吧，它又在。它做的就是时间片段计时的。计算器，在进行计算的时候，都是有个时间片段的，时间片段到了，不管计算是否完成，计算器，都得去干其他事情，之后，再分配时间片段，来做未完成的事情。时钟，就是这么霸道。

这张图，相信很多同学都见过，非常形象的描述了CPU内部元件之间的关系。

接下来，我们就来想一下你们公司的产品服务器，是不是在一台服务器上部署产品服务，服务运行起来，普通用户通过操作端，进行操作，从而驱动你们产品的服务进行计算，输出结果给用户。这个计算，就是在CPU内完成的。

• 开发人员，在实现产品经理要求的功能时，就会写一些代码，这些代码，有的是要自身逻辑运算，有的是需要调系统底层能力支撑，调了系统底层的，我们说要使用系统内核，要用到CPU的sy系统态，不用调系统底层的，我们就说是用CPU的us用户态，
• 从非内核进入内核，再从内核处理完出来到非内核，这是不是要来回的切换。就好比公司的核心保密区和非保密区，你要进进出出，是不是都有严格的审查。这个类比到CPU，我们叫上下文切换。而这个切换，我们也分自愿上下文切换和非自愿上下文切换，这个大家应该很好理解，主动的进进出出就是自愿上下文，被迫进进出出就是非自愿上下文切换。还有我们前面说的时钟片段，这些，就与CPU的si软中断，和CPU的hi硬中断关联上了。
• 在CPU进行计算时，你是不是要给一些资源(如：原始数据)，进入CPU，计算完之后，再把结果从CPU中转移出来，这个资源的进\出，就是资源的I/O，等待这些资源的时间，就是CPU的wa等待时间百分比。
• 一台服务器并不会只部署一个应用服务，当有多个应用服务在运行时，你认为现在的服务器是让它们串行，还是并行？相信不用我说答案，大家都会说肯定是并行，那你们再想想，并行，插队是不是有可能。这种，服务间进程插队的情况，就是CPU的ni进程优先级切换。
• 当没有用户使用你们的产品的时候，服务器在歇息，次数就是CPU的id空闲时间百分比。

好了，大家是否理解了呢？可以对照着第1张图，检验一下，看自己是否弄明白了哦！

第二个问题，CPU的数据与load值之间到底什么关系？load值很大，CPU的数据就一定高吗？

相信，很多人，在没有看过文章第1张图之前，肯定会认为是对的，load值大，CPU的使用率就一定高。因为，普通的认识是，CPU的us + sy的值越接近100，说明CPU越繁忙，load值就应该高，相反，就应该低。其实，在这个里面，存在一个误区。

现在linux服务器的内核，绝大多数都已经升级，超过了2.6版本。在2.6版的内核中，已经把load值的计算方法调整为，所有不可中断睡眠状态的进程，即load average = CPU负载+Disk负载+网络负载+其余外设负载，从第1张图看，就是包含了我们的wa等待负载值。

所以，第1张图中，我们能分析出，目前的服务器存在I/O问题，是因为服务器频繁在执行数据换进换出，导致CPU的wa等待资源时间过长，从而出现load值过高，系统比较卡顿。