14.9 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。