linux性能優化之從cpu開始?無論我們從事的是測試工作、開發工作或者運維工作，當性能測試或線上出現性能問題時，相信很多人都會用到的一個命令就是top，通過top首先關注的就是CPU指标，接下來Linux篇我們就先從CPU開始，下面我們就來說一說關于linux性能優化之從cpu開始?我們一起去了解并探讨一下這個問題吧!

linux性能優化之從cpu開始

無論我們從事的是測試工作、開發工作或者運維工作，當性能測試或線上出現性能問題時，相信很多人都會用到的一個命令就是top，通過top首先關注的就是CPU指标，接下來Linux篇我們就先從CPU開始。

在講解CPU使用率、CPU負載、上下文切換等CPU知識之前，我們先問自己一個問題：CPU的單位是什麼？

相信很多人都有點模糊，有人說了，單位肯定是“個”啊，單核CPU、多核CPU，那我們常聽到的CPU多少赫茲（HZ）又是啥呢？對CPU資源做過限制的同學可能又看到過：CPU限制500m，這個m又是什麼呢？

帶着這幾個問題，下面我們一點點尋找答案。

首先，我們必須要有一個基本的共識，那就是在任意一個時刻，一個CPU隻能處理一個“任務”。這個“任務”是什麼呢？我們在學校上課時可能聽到過這麼一句話，線程是CPU調度的基本單位，那麼在這裡提到的“任務”就是一個線程。此處我們假設一個任務就包括了一個線程，比如這個任務是看電影、搜索網頁、微信聊天。如果我的電腦隻有一個CPU，也就是單核CPU，按照一個CPU隻能處理一個任務的邏輯，那我隻能做一件事，要麼看電影，要麼聊天，看完電影後才能聊微信。這樣肯定是不行的，也不符合我們玩電腦的常識，顯然我們看電影的同時也是可以聊天的，那麼CPU是怎麼做到的呢？

這就引出了時間分片概念，其實所謂的CPU調度，也就是擁有時間分片。内核在微觀上，會把CPU的運行時間分成許多份，然後為每個線程分配時間額度，安排給各個線程輪流運行，如果當前線程的時間額度用完了，就會被強制停止（不考慮優先級等機制的情況下），切換其他線程執行。這就造成宏觀上所有的任務（線程）仿佛同時在執行的錯覺。

在Linux的内核處理過程中，每一個進程默認會有一個固定的時間片來執行命令，這段時間内進程被分配到CPU，然後獨占使用。如果使用完，同時未到時間片的規定時間，那麼就主動放棄CPU的占用，如果到時間片用完尚未完成工作，那麼CPU的使用權也會被收回，進程将會被中斷挂起等待下一個時間片。

時間片的長短對系統性能是很關鍵的：它既不能太長也不能太短。

如果平均時間片太短，由進程切換引起的系統額外開銷就變得非常高。例如，假定進程切換需要5ms，如果時間片也設置5ms，那麼cpu至少把50%的時間花費在進程切換上。

如果平均分片太長，進程看起來就不再是并發執行。例如，讓我們假定把時間片設置為5s，那麼，每個可運行進程運行大約5s，但是暫停的時間更長（一般是5s乘以可運行進程的個數）。

對時間片大小的選擇始終是一種折中。Linux采取單憑經驗的方法，即選擇盡可能長、同時能保持良好相應時間的一個分片。

——《深入理解Linux内核》

知道了時間分片的概念，我們接下來再看赫茲（HZ）。HZ是系統時鐘在一秒内固定發出時鐘中斷的次數。HZ在編譯内核前是可以進行配置的，因此通過下述命令就可以查看當前系統的時鐘中斷頻率：

cat /boot/config-`uname -r` | grep CONFIG_HZ

CONFIG_HZ_PERIODIC=y

# CONFIG_HZ_100 is not set

# CONFIG_HZ_250 is not set

# CONFIG_HZ_300 is not set

CONFIG_HZ_1000=y

CONFIG_HZ=1000

從上面的展示可以看出，我開發機的時鐘中斷頻率是1000HZ。時鐘中斷是操作系統最重要的中斷，操作系統内核依靠時鐘中斷完成時間片計算和分配、定時等管理工作，是分時機制實現的基礎，總之時鐘中斷主要處理和時間有關的所有信息，這些信息包括系統時間、進程的時間片、延時、使用CPU的時間、各種定時器等等。

和時鐘中斷緊密相連的一個概念就是tick，也叫“滴答”，tick是系統時鐘每“滴答”一次的時間，其值為(1/HZ)秒。也就是連續兩次時鐘中斷之間的時間間隔。

内核中有個全局變量jiffies，用來計算自系統啟動以來tick的次數，也就是說系統時鐘每産生一次時鐘中斷，該變量的值就增加一次。後面的文章我會講到CPU使用率也是以tick為基礎進行計算的。

cat /proc/sched_debug|grep jiffies

jiffies : 10490243173

最後一個問題，我們在很多資源限制的定義中經常見到CPU限制xxxm的描述，比如下面是kubernets使用中一個yaml文件定義一個資源的限制時的描述：

resources:

requests:

memory: "64Mi"

cpu: "250m"

limits:

memory: "128Mi"

cpu: "500m"

其實此處CPU 資源的單位是 millicores，即一個核的 1/1000，那500m就是0.5個core的意思。它等價于下面的描述

resources:

requests:

memory: "64Mi"

cpu: "0.25"

limits:

memory: "128Mi"

cpu: "0.5"

可能又有人問了，0.5個cpu是隻使用半個cpu嗎，答案是對也不對。對是因為确實是使用了半個cpu，不對是因為這個一半不是物理意義上的半個CPU，而是邏輯上的一半，也就是限制了程序隻能使用一個CPU時間的一半時間片。

總結：通過以上概念的分析，從整體上你應該對cpu有了一個大概的認識。如果有人再問CPU的單位是什麼，不能籠統的說是“個”或者“赫茲”，要結合問這個問題的場景進行回答。其實CPU的工作是一個特别複雜的過程，中斷處理、工作隊列、CPU競争、進程調度等等，在内核中是一個很龐大的工程，但是隻要能夠理解即将講解的内容就能應付工作中80%的問題，更深入的知識有機會會不斷補充。

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