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CPU利用率和CPU負(fù)載的區(qū)別是什么

提到CPU利用率，就必須理解時(shí)間片。什么是CPU時(shí)間片？我們現(xiàn)在所使用的Windows、Linux、Mac OS都是“多任務(wù)操作系統(tǒng)”，就是說他們可以“同時(shí)”運(yùn)行多個(gè)程序，比如一邊打開Chrome瀏覽器瀏覽網(wǎng)頁還能一邊聽音樂。

但是，實(shí)際上一個(gè)CPU內(nèi)核在同一時(shí)刻只能干一件事，那操作系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)“多任務(wù)”的呢？大概的方法是讓多個(gè)進(jìn)程輪流使用CPU一小段時(shí)間，由于這個(gè)“一小段時(shí)間”很短(在linux上為5ms-800ms之間)，用戶感覺不到，就好像是幾個(gè)程序同時(shí)在運(yùn)行了。上面提到的“一小段時(shí)間”就是我們所說的CPU時(shí)間片，CPU的現(xiàn)代分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)對(duì)CPU都是分時(shí)間片使用的。

CPU使用率，就是程序?qū)PU時(shí)間片的占用情況，即CPU使用率 = CPU時(shí)間片被程序使用的時(shí)間 / 總時(shí)間。比如A進(jìn)程占用10ms，然后B進(jìn)程占用30ms，然后空閑60ms，再又是A進(jìn)程占10ms，B進(jìn)程占30ms，空閑60ms，如果在一段時(shí)間內(nèi)都是如此，那么這段時(shí)間內(nèi)的CPU占用率為40%。CPU利用率顯示的是程序在運(yùn)行期間實(shí)時(shí)占用的CPU百分比。

大多數(shù)操作系統(tǒng)的CPU占用率分為用戶態(tài)CPU使用率和系統(tǒng)態(tài)CPU使用率。用戶態(tài)CPU使用率是指執(zhí)行應(yīng)用程序代碼的時(shí)間占總CPU時(shí)間的百分比。相比而言，系統(tǒng)態(tài)CPU使用率是指應(yīng)用執(zhí)行操作系統(tǒng)調(diào)用的時(shí)間占總CPU時(shí)間的百分比。系統(tǒng)態(tài)的CPU使用率高意味著共享資源有競(jìng)爭(zhēng)或者I/O設(shè)備之間有大量的交互。

而CPU負(fù)載顯示的是一段時(shí)間內(nèi)正在使用和等待使用CPU的平均任務(wù)數(shù)。

簡(jiǎn)單理解，一個(gè)是CPU的實(shí)時(shí)使用情況，一個(gè)是CPU的當(dāng)前以及未來一段時(shí)間的使用情況。舉例來說：如果我有一個(gè)程序它需要一直使用CPU的運(yùn)算功能，那么此時(shí)CPU的使用率可能達(dá)到100%，但是CPU的工作負(fù)載則是趨近于“1”，因?yàn)镃PU僅負(fù)責(zé)一個(gè)工作嘛！如果同時(shí)執(zhí)行這樣的程序兩個(gè)呢？CPU的使用率還是100%，但是工作負(fù)載則變成2了。所以也就是說，CPU的工作負(fù)載越大，代表CPU必須要在不同的工作之間進(jìn)行頻繁的工作切換。無論CPU的利用率是高是低，跟后面有多少任務(wù)在排隊(duì)(CPU負(fù)載)沒有必然關(guān)系。

如果單核CPU的話，負(fù)載達(dá)到1就代表CPU已經(jīng)達(dá)到滿負(fù)荷的狀態(tài)了，超過1，后面的進(jìn)行就需要排隊(duì)等待處理了。如果是是多核多CPU，假設(shè)現(xiàn)在服務(wù)器是2個(gè)CPU，每個(gè)CPU有2個(gè)核，那么總負(fù)載不超過4都沒什么問題。

可以通過uptime、w命令查看CPU平均負(fù)載，使用top命令還能看到CPU負(fù)載總體使用率以及各個(gè)進(jìn)程占用CPU的比例。

查看物理CPU個(gè)數(shù)

cat /proc/cpuinfo| grep “physical id”| sort | uniq| wc -l

查看每個(gè)物理CPU中core的個(gè)數(shù)(即核數(shù))

cat /proc/cpuinfo| grep “cpu cores” | uniq

查看邏輯CPU的個(gè)數(shù)

cat /proc/cpuinfo| grep “processor”| wc -l

如果CPU負(fù)載很高，利用率卻很低該怎么辦

CPU負(fù)載很高，利用率卻很低，說明處于等待狀態(tài)的任務(wù)很多，負(fù)載越高，代表可能很多僵死的進(jìn)程。通常這種情況是IO密集型的任務(wù)，大量任務(wù)在請(qǐng)求相同的IO，導(dǎo)致任務(wù)隊(duì)列堆積。

生產(chǎn)環(huán)境造成CPU利用率低負(fù)載高的具體場(chǎng)景常見的有如下幾種。

場(chǎng)景一：磁盤讀寫請(qǐng)求過多就會(huì)導(dǎo)致大量I/O等待

進(jìn)程在cpu上面運(yùn)行需要訪問磁盤文件，這個(gè)時(shí)候cpu會(huì)向內(nèi)核發(fā)起調(diào)用文件的請(qǐng)求，讓內(nèi)核去磁盤取文件，這個(gè)時(shí)候cpu會(huì)切換到其他進(jìn)程或者空閑，這個(gè)任務(wù)就會(huì)轉(zhuǎn)換為不可中斷睡眠狀態(tài)。當(dāng)這種讀寫請(qǐng)求過多就會(huì)導(dǎo)致不可中斷睡眠狀態(tài)的進(jìn)程過多，從而導(dǎo)致負(fù)載高，cpu低的情況。

場(chǎng)景二：MySQL中存在沒有索引的語句或存在死鎖等情況

我們都知道MySQL的數(shù)據(jù)是存儲(chǔ)在硬盤中，如果需要進(jìn)行sql查詢，需要先把數(shù)據(jù)從磁盤加載到內(nèi)存中。當(dāng)在數(shù)據(jù)特別大的時(shí)候，如果執(zhí)行的sql語句沒有索引，就會(huì)造成掃描表的行數(shù)過大導(dǎo)致I/O阻塞，或者是語句中存在死鎖，也會(huì)造成I/O阻塞，從而導(dǎo)致不可中斷睡眠進(jìn)程過多，導(dǎo)致負(fù)載過大。

同樣，可以先通過top命令觀察，假設(shè)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在確實(shí)是高負(fù)載低使用率。

然后，再通過命令ps -aux查看是否存在狀態(tài)為D的進(jìn)程，這個(gè)狀態(tài)指的就是不可中斷的睡眠狀態(tài)的進(jìn)程。處于這個(gè)狀態(tài)的進(jìn)程無法終止，也無法自行退出，只能通過恢復(fù)其依賴的資源或者重啟系統(tǒng)來解決。以下圖中沒有D狀態(tài)的進(jìn)程。

Linux上進(jìn)程的五種狀態(tài)

• R (TASK_RUNNING)：可執(zhí)行狀態(tài)，只有在該狀態(tài)的進(jìn)程才可能在CPU上運(yùn)行。而同一時(shí)刻可能有多個(gè)進(jìn)程處于可執(zhí)行狀態(tài)。

• S (TASK_INTERRUPTIBLE)：可中斷的睡眠狀態(tài)，處于這個(gè)狀態(tài)的進(jìn)程因?yàn)榈却衬呈录陌l(fā)生（比如等待socket連接、等待信號(hào)量），而被掛起。

• D (TASK_UNINTERRUPTIBLE)：不可中斷的睡眠狀態(tài)，進(jìn)程處于睡眠狀態(tài)，但是此刻進(jìn)程是不可中斷的。TASK_UNINTERRUPTIBLE狀態(tài)存在的意義就在于，內(nèi)核的某些處理流程是不能被打斷的。

• T (TASK_STOPPED or TASK_TRACED)：暫停狀態(tài)或跟蹤狀態(tài)。

• Z (TASK_DEAD - EXIT_ZOMBIE)：退出狀態(tài)，進(jìn)程成為僵尸進(jìn)程。進(jìn)程已終止，但進(jìn)程描述還在，直到父進(jìn)程調(diào)用wait4()系統(tǒng)調(diào)用后釋放。

如果CPU負(fù)載很低，利用率卻很高該怎么辦

這表示CPU的任務(wù)并不多，但是任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間很長(zhǎng)，大概率就是你寫的代碼本身有問題，通常是計(jì)算密集型任務(wù)，生成了大量耗時(shí)短的計(jì)算任務(wù)。

怎么排查？直接top命令找到CPU使用率最高的進(jìn)程，定位到去看看就行了。如果代碼沒有問題，那么過段時(shí)間CPU使用率就會(huì)下降的。往期面試題匯總：250期面試資料

CPU利用率達(dá)到100%怎么排查問題

1、通過top找到CPU占用率高的進(jìn)程

2、通過top -Hp pid命令查看CPU占比靠前的線程ID

3、再把線程ID轉(zhuǎn)化為16進(jìn)制，printf “0x%x\n” 74317，得到0x1224d

4、通過命令jstack 72700 | grep ‘0x1224d’ -C5 --color找到有問題的代碼

注意：jstack的對(duì)象是java進(jìn)程的PID，而不是java線程的PID。

說幾個(gè)常見的Linux命令

常用的文件/目錄命令

• ls：用戶查看目錄下的文件

• ls -a可以用來查看隱藏文件

• ls -l可以用于查看文件的詳細(xì)信息，包括權(quán)限、大小、所有者等信息。

touch：用于創(chuàng)建文件。如果文件不存在，則創(chuàng)建一個(gè)新的文件，如果文件已存在，則會(huì)修改文件的時(shí)間戳。

cat：cat是英文concatenate的縮寫，用于查看文件內(nèi)容。使用cat查看文件的話，不管文件的內(nèi)容有多少，都會(huì)一次性顯示，所以他不適合查看太大的文件。

more：more和cat有點(diǎn)區(qū)別，more用于分屏顯示文件內(nèi)容。可以用空格鍵向下翻頁，b鍵向上翻頁

less：和more類似，less用于分行顯示

tail：可能是平時(shí)用的最多的命令了，查看日志文件基本靠它。tail -fn 100 xx.log查看最后的100行內(nèi)容

常用的權(quán)限命令

chmod：修改權(quán)限命令。一般用+號(hào)添加權(quán)限，-號(hào)刪除權(quán)限，x代表執(zhí)行權(quán)限，r代表讀取權(quán)限，w代表寫入權(quán)限，常見寫法比如chmod +x 文件名添加執(zhí)行權(quán)限。

還有另外一種寫法，使用數(shù)字來授權(quán)，因?yàn)閞=4，w=2，x=1，平時(shí)執(zhí)行命令chmod 777 文件名這就是最高權(quán)限了。

第一個(gè)數(shù)字7=4+2+1代表著所有者的權(quán)限，第二個(gè)數(shù)字7代表所屬組的權(quán)限，第三個(gè)數(shù)字代表其他人的權(quán)限。常見的權(quán)限數(shù)字還有644，所有者有讀寫權(quán)限，其他人只有只讀權(quán)限，755代表其他人有只讀和執(zhí)行權(quán)限。

chown：用于修改文件和目錄的所有者和所屬組。一般用法chown user 文件名用于修改文件所有者，chown user:user 文件名修改文件所有者和組，冒號(hào)前面是所有者，后面是組。

常用的壓縮命令

zip：壓縮zip文件命令，比如zip test.zip 文件名可以把文件壓縮成zip文件，如果壓縮目錄的話則需添加 -r 選項(xiàng)。

unzip：與zip對(duì)應(yīng)，解壓zip文件命令。unzip xxx.zip直接解壓，還可以通過 -d 選項(xiàng)指定解壓目錄。

gzip：用于壓縮帶.gz后綴的文件，gzip命令不能打包目錄。需要注意的是直接使用gzip 文件名這個(gè)命令會(huì)導(dǎo)致源文件會(huì)消失，如果要保留源文件，可以使用gzip -c 文件名 > xx.gz，解壓縮直接使用gzip -d xx.gz

tar：tar命令可以為linux的文件和目錄創(chuàng)建檔案。利用tar，可以為某一特定文件創(chuàng)建檔案（備份文件），也可以在檔案中改變文件，或者向檔案中加入新的文件。tar常用幾個(gè)選項(xiàng)，-x 解打包，-c 打包，-f 指定壓縮包文件名，-v 顯示打包文件過程，一般常用tar -cvf xx.tar 文件名來打包，解壓則使用tar -xvf xx.tar

首先要弄清兩個(gè)概念：打包和壓縮。打包是指將一大堆文件或目錄變成一個(gè)總的文件；壓縮則是將一個(gè)大的文件通過一些壓縮算法變成一個(gè)小文件。為什么要區(qū)分這兩個(gè)概念呢？這源于Linux中很多壓縮程序只能針對(duì)一個(gè)文件進(jìn)行壓縮，這樣當(dāng)你想要壓縮一大堆文件時(shí)，你得先將這一大堆文件先打成一個(gè)包（tar命令），然后再用壓縮程序進(jìn)行壓縮（gzip等命令）。

Linux的打包和壓縮是分開的操作，如果要打包并且壓縮的話，按照前面的做法必須先用tar打包，然后再用gzip壓縮。當(dāng)然，還有更好的做法就是-z命令，打包并且壓縮。

使用命令tar -zcvf xx.tar.gz 文件名來打包壓縮，使用命令tar -zxvf xx.tar.gz來解壓縮。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux 面试最高频的 5 个基本问题！的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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