Linux如何查看CPU运行状态？

CPU 是影响 Linux 性能的主要因素之一，本节将介绍几个可以用来查看 CPU 性能的命令。

Linux CPU性能分析：vmstat命令

vmstat 命令可以显示关于系统各种资源之间相关性能的简要信息，在 《Linux vmstat命令》一节中，我们已经对此命令的基本格式和用法做了详细的介绍，因此不再赘述，这里主要用它来看 CPU 的一个负载情况。

下面是 vmstat 命令在当前测试系统中的输出结果：

[root@localhost ~]# vmstat 2 3
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu-----
r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
1  0      8 247512  39660 394168    0    0    31     8   86  269  0  1 98  1  0
0  0      8 247480  39660 394172    0    0     0     0   96  147  4  0 96  0  0
0  0      8 247484  39660 394172    0    0     0    66   95  141  2  2 96  0  0

通过分析 vmstat 命令的执行结果，可以获得一些与当前 Linux 运行性能相关的信息。比如说：

• r 列表示运行和等待 CPU 时间片的进程数，如果这个值长期大于系统 CPU 的个数，就说明 CPU 不足，需要增加 CPU。
• swpd 列表示切换到内存交换区的内存数量（以 kB 为单位）。如果 swpd 的值不为 0，或者比较大，而且 si、so 的值长期为 0，那么这种情况下一般不用担心，不用影响系统性能。
• cache 列表示缓存的内存数量，一般作为文件系统缓存，频繁访问的文件都会被缓存。如果缓存值较大，就说明缓存的文件数较多，如果此时 I/O 中 bi 比较小，就表明文件系统效率比较好。
• 一般情况下，si（数据由硬盘调入内存）、so（数据由内存调入硬盘） 的值都为 0，如果 si、so 的值长期不为 0，则表示系统内存不足，需要增加系统内存。
• 如果 bi+bo 的参考值为 1000 甚至超过 1000，而且 wa 值较大，则表示系统磁盘 I/O 有问题，应该考虑提高磁盘的读写性能。
• 输出结果中，CPU 项显示了 CPU 的使用状态，其中当 us 列的值较高时，说明用户进程消耗的 CPU 时间多，如果其长期大于 50%，就需要考虑优化程序或算法；sy 列的值较高时，说明内核消耗的 CPU 资源较多。通常情况下，us+sy 的参考值为 80%，如果其值大于 80%，则表明可能存在 CPU 资源不足的情况。

总的来说，vmstat 命令的输出结果中，我们应该重点注意 procs 项中 r 列的值，以及 CPU 项中 us 列、sy 列和 id 列的值。

Linux CPU性能分析：sar命令

除了 vmstat 命令，sar 命令也可以用来检查 CPU 性能，它可以对系统的每个方面进行单独的统计。

注意，虽然使用 sar 命令会增加系统开销，不过这些开销是可以评估的，不会对系统性能的统计结果产生很大影响。

和 vmstat 命令一样，sar 命令的基本格式和用法已经在 《Linux sar命令》一节中做了详细的介绍，接下来直接学习如何使用 sar 命令查看 CPU 性能。

下面是 sar 命令对当前测试系统的 CPU 统计输出结果：

[root@localhost ~]# sar -u 3 5
Linux 2.6.32-431.el6.x86_64 (localhost)  10/28/2019  _x86_64_ (8 CPU)

04:02:46 AM     CPU     %user     %nice   %system   %iowait    %steal     %idle
04:02:49 AM     all      1.69      0.00      2.03      0.00      0.00     96.27
04:02:52 AM     all      1.68      0.00      0.67      0.34      0.00     97.31
04:02:55 AM     all      2.36      0.00      1.69      0.00      0.00     95.95
04:02:58 AM     all      0.00      0.00      1.68      0.00      0.00     98.32
04:03:01 AM     all      0.33      0.00      0.67      0.00      0.00     99.00
Average:        all      1.21      0.00      1.35      0.07      0.00     97.37

此输出结果统计的是系统中包含的 8 颗 CPU 的整体运行状况，每项的输出都非常直观，其中最后一行（Average）是汇总行，是对上面统计信息的一个平均值。

需要指出的是，sar 输出结果中第一行包含了 sar 命令本身的统计消耗，因此 %user 列的值会偏高一点，但这并不会对统计结果产生很大影响。

另外，在一个多 CPU 的系统中，如果程序使用了单线程，就会出现“CPU 整体利用率不高，但系统应用响应慢”的现象，造成此现象的原因在于，单线程只使用一个 CPU，该 CPU 占用率为 100%，无法处理其他请求，但除此之外的其他 CPU 却处于闲置状态，进而整体 CPU 使用率并不高。

针对这个问题，可以使用 sar 命令单独查看系统中每个 CPU 的运行状态，例如：

[root@localhost ~]# sar -P 0 3 5
Linux 2.6.32-431.el6.x86_64 (localhost)  10/28/2019  _x86_64_ (8 CPU)

04:44:57 AM     CPU     %user     %nice   %system   %iowait    %steal     %idle
04:45:00 AM       0      8.93      0.00      1.37      0.00      0.00     89.69
04:45:03 AM       0      6.83      0.00      1.02      0.00      0.00     92.15
04:45:06 AM       0      0.67      0.00      0.33      0.33      0.00     98.66
04:45:09 AM       0      0.67      0.00      0.33      0.00      0.00     99.00
04:45:12 AM       0      2.38      0.00      0.34      0.00      0.00     97.28
Average:          0      3.86      0.00      0.68      0.07      0.00     95.39

注意，sar 命令对系统中 CPU 的计数是从数字 0 开始的，因此上面执行的命令表示对系统中第一颗 CPU 的运行状态进行统计。如果想单独统计系统中第 5 颗 CPU 的运行状态，可以执行sar -P 4 3 5命令。

Linux CPU性能分析：iostat命令

iostat 命令主要用于统计磁盘 I/O 状态，但也能用来查看 CPU 的使用情况，只不过使用此命令仅能显示系统所有 CPU 的平均状态，无法向 sar 命令那样做具体分析。

使用 iostat 命令查看 CPU 运行状态，需要使用该命令提供的 -c 选项，该选项的作用是仅显示系统 CPU 的运行情况。例如：

[root@localhost ~]# iostat -c
Linux 2.6.32-431.el6.x86_64 (localhost)  10/28/2019  _x86_64_ (8 CPU)

avg-cpu:  %user   %nice %system %iowait  %steal   %idle
           0.07    0.00    0.12    0.09    0.00   99.71

可以看到，此输出结果中包含的项和 sar 命令的输出项完全相同。

有关 iostat 命令的基本用法，由于不是本节重点，因为不再详细介绍。

Linux CPU性能分析：uptime命令

uptime 命令是监控系统性能最常用的一个命令，主要用来统计系统当前的运行状况。例如：

[root@localhost ~]# uptime
05:38:26 up  1:47,  2 users,  load average: 0.12, 0.08, 0.08

该命令的输出结果中，各个数据所代表的含义依次是：系统当前时间、系统运行时长、当前登陆系统的用户数量、系统分别在 1 分钟、5 分钟和 15 分钟内的平均负载。

这里需要注意的是，load average 这 3 个输出值一般不能大于系统 CPU 的个数。例如，本测试系统有 8 个 CPU，如果 load average 中这 3 个值长期大于 8，就说明 CPU 很繁忙，负载很高，系统性能可能会受到影响；如果偶尔大于 8 则不用担心，系统性能一般不会受到影响；如果这 3 个值小于 CPU 的个数（如本例所示），则表示 CPU 是非常空闲的。

总的来说，本节介绍了 4 个可查看 CPU 性能的命令，但这些命令也仅能查看 CPU 是否繁忙、负载是否过大，无法知道造成这种现象的根本原因。因此，在明确判断出系统 CPU 出现问题之后，还要结合 top、ps 等命令，进一步检查出是哪些进程造成的。

另外要知道的是，引发 CPU 资源紧张的原因有多个，可能是应用程序不合理造成的，也可能是硬件资源匮乏引起的。因此，要学会具体问题具体分析，或者优化应用程序，或者增加系统 CPU 资源。