Linux 作为一个多任务操作系统，将每个 CPU 的时间划分为很短的时间片，再通过调度器轮流分配给各个任务使用，因此造成多任务同时运行的错觉。
1.CPU使用率
1.1 节拍率HZ
- Linux通过事先定义的节拍率，触发时间中断
- 使用全局变量Jiffies记录了开机以来的节拍数（中断+1）。
- 在/boot/config查看内核选项;命令：
grep 'CONFIG_HZ=' /boot/config-$(uname -r)（目前并没找到这个文件）
1.2 /proc
Linux通过/proc虚拟文件系统，向用户空间提供了系统内部状态的信息，而/proc/stat提供的就是系统的 CPU 和任务统计信息。
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# 只保留各个 CPU 的数据
$ cat /proc/stat | grep ^cpu
# 打印
cpu 72654 0 240530 37150942 231 0 408 0 0 0
cpu0 17980 0 58109 9280824 40 0 200 0 0 0
cpu1 18734 0 62739 9298874 67 0 81 0 0 0
cpu2 18220 0 63949 9265870 82 0 76 0 0 0
cpu3 17717 0 55731 9305373 41 0 49 0 0 0
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每一列的涵义：
- user(通常缩写为 us)，代表用户态 CPU 时间。注意，它不包括下面的 nice 时间，但 包括了 guest 时间。
- nice(通常缩写为 ni)，代表低优先级用户态 CPU 时间，也就是进程的 nice 值被调整 为 1-19 之间时的 CPU 时间。这里注意，nice 可取值范围是 -20 到 19，数值越大，优 先级反而越低。
- system(通常缩写为 sys)，代表内核态 CPU 时间。
- idle(通常缩写为 id)，代表空闲时间。注意，它不包括等待 I/O 的时间(iowait)。
- iowait(通常缩写为 wa)，代表等待 I/O 的 CPU 时间。
- irq(通常缩写为 hi)，代表处理硬中断的 CPU 时间。
- softirq(通常缩写为 si)，代表处理软中断的 CPU 时间。
- steal(通常缩写为 st)，代表当系统运行在虚拟机中的时候，被其他虚拟机占用的 CPU 时间。
- guest(通常缩写为 guest)，代表通过虚拟化运行其他操作系统的时间，也就是运行虚 拟机的 CPU 时间。
- guest_nice(通常缩写为 gnice)，代表以低优先级运行虚拟机的时间。
1.3 CPU使用率公式
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CPU使用率 = 1-(空闲时间/总CPU时间)
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事实上，性能工具一般都会取间隔一段时间(如3s)的两次值，作差后，再计算出这段时间内的平均CPU使用率
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CPU使用率 = 1-{(空闲时间new-空闲时间old)/(总CPU时间new-总CPU时间old)}
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2.怎么查看CPU使用率
最常使用top和ps
2.1 top
top显示了系统总体的cpu和内存使用情况，以及各个进程的资源使用情况
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# 默认每 3 秒刷新一次
$ top
# 打印
top - 10:12:12 up 1 day, 2:48, 0 users, load average: 0.00, 0
Tasks: 7 total, 1 running, 6 sleeping, 0 stopped, 0 zo
%Cpu(s): 0.2 us, 0.6 sy, 0.0 ni, 99.2 id, 0.0 wa, 0.0 hi,
MiB Mem : 1991.1 total, 1323.6 free, 314.2 used, 353.3
MiB Swap: 1024.0 total, 1024.0 free, 0.0 used. 1549.4
PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM
1 root 20 0 4112 3276 2848 S 0.0 0.2
8 root 20 0 4112 3404 2848 S 0.0 0.2
18 root 20 0 4112 3428 2876 S 0.0 0.2
39 root 20 0 4112 3412 2860 S 0.0 0.2
75 root 20 0 4112 3420 2868 S 0.0 0.2
283 root 20 0 4236 3496 2932 S 0.0 0.2
301 root 20 0 6072 3236 2736 R 0.0 0.2
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分析：%CPU是系统使用率，后面一排是每隔进程的CPU使用率
需要使用pidstat分析每隔进程的详情情况
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# 每隔 1 秒输出一组数据，共输出 5 组
$ pidstat 1 5
# 打印
Linux 4.19.76-linuxkit (4f913ef1ae8f) 05/28/20 _x86_64_ (4 CPU)
...
10:22:12 UID PID %usr %system %guest %wait %CPU CPU Command
10:22:13 0 311 0.00 0.99 0.00 0.00 0.99 3 pidstat
...
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2.2 ps
ps 则只显示了每个进程的资源使用情况。
3. CPU使用率过高怎么办?
使用perf分析CPU性能问题。它以性能事件采样为基础，不仅可以分析系统的各种事 件和内核性能，还可以用来分析指定应用程序的性能问题。
1. docker中的ubuntu中安装perf
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# mac上docker run 要给权限
$ docker run -t -i --privileged --name ubuntu ubuntu
# 进入ubuntu容器内，安装
$ apt-get install linux-tools-generic
# 创建一个符号链接到/usr/bin/perf
$ ln -s /usr/lib/linux-tools/5.4.0-33-generic/perf /usr/bin/perf
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$ perf top
# 打印
Samples: 85K of event 'cpu-clock:pppH', 4000 Hz, Event count (approx.): 12867561796 lost: 0/0 drop: 0/0
Overhead Shared Object Symbol
97.83% [kernel] [k] 0xffffffffa37f8223
0.35% [kernel] [k] 0xffffffffa314c746
0.34% [kernel] [k] 0xffffffffa3123a43
0.26% [kernel] [k] 0xffffffffa3108137
...
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分析：
第一列 Overhead ，是该符号的性能事件在所有采样中的比例，用百分比来表示。
第二列 Shared ，是该函数或指令所在的动态共享对象(Dynamic Shared Object)，如内核、进程名、动态链接库名、内核模块名等。
第三列 Object ，是动态共享对象的类型。比如 [.] 表示用户空间的可执行程序、或者动态链接库，而 [k] 则表示内核空间。
最后一列 Symbol是符号名，也就是函数名。当函数名未知时，用十六进制的地址来表示。
4.实验
4.1 坑与环境配置
由于本地机子是macbook，无法安装perf(可能)，所以在运行php-fpm时要给容器赋予主机的权限
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$ docker run --privileged --name phpfpm -itd --network container:nginx feisky/php-fpm:cpu
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在phpfpm容器内安装perf
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$ apt-get install -y linux-perf
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4.2 实验场景
- 系统的用户 CPU 使用率（usr%）过高
- 可以找出高 CPU 使用率的进程（php-fpm 进程的 CPU 使用率过高）
4.2 查找分析
- 使用
top命令， 查看cpu使用率高的pid
- perf 分析
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# -g 开启调用关系分析，-p 指定 php-fpm 的进程号<pid>
$ perf top -g -p <pid>
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然后就是上下左右键，查找调用了什么系统函数导致的，再去检测代码问题