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Linux 性能优化：深入解析 CPU 使用率

本文将引导您了解 Linux 系统性能管理，尤其是关于 CPU 使用率的关键细节。

Linux 时间基础：节拍率与 Jiffies

为了维护 CPU 时间，Linux 操作系统采用了一个预先定义的节拍率（内核中表示为 HZ），该节拍率通过时间中断触发，并使用全局变量 Jiffies 来记录系统开机以来的节拍数。每发生一次时间中断，Jiffies 的值就会加一。HZ 是内核的可配置选项，不同系统可能设置不同的值。用户空间程序无法直接访问这个值，但内核提供了一个用户空间节拍率 USERHZ，始终固定为 100。

Linux 通过 /proc 虚拟文件系统向用户空间提供系统内部状态信息，包括 /proc/stat，它提供了 CPU 和任务统计信息。

解析 /proc/stat 的输出

输出结果是一个表格，其中第一列表示 CPU 编号，如 cpu0、cpu1，而第一行没有编号的 cpu 表示所有 CPU 的累加。其他列表示不同场景下 CPU 的累加节拍数，单位是 USER_HZ，即 10 ms（1/100 秒）。这些列实际上代表了不同场景下的 CPU 时间。

user（us）：用户态 CPU 时间，不包括 nice 时间，但包括 guest 时间。

nice（ni）：低优先级用户态 CPU 时间，即进程的 nice 值被调整时的 CPU 时间。

system（sys）：内核态 CPU 时间。

idle（id）：空闲时间，但不包括等待 I/O 的时间。

iowait（wa）：等待 I/O 的 CPU 时间。

以及其他如 irq、softirq、steal、guest 和 guest_nice 等指标，它们都是 CPU 使用率相关的重要数据。

性能分析工具

top 和 ps：是最常用的性能分析工具。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，而 ps 则只显示每个进程的资源使用情况。在 top 的输出中，你可以通过按下数字 1 来切换到每个 CPU 的使用率显示。

pidstat：一个专门分析每个进程 CPU 使用情况的工具，它可以展示进程的实时 CPU 使用率。

perf：是一个强大的性能分析工具，可以实时显示占用 CPU 时钟最多的函数或指令。perf top 类似于 top，能实时显示占用 CPU 资源最多的符号（如函数或指令）。而 perf record 和 perf report 则用于记录和报告性能数据，便于后续分析。

如何定位问题

若要确定是 php-fpm 的哪个函数导致了 CPU 使用率升高，可以使用 perf 进行深入分析。在运行 perf 命令时，它将展示占用 CPU 时钟最多的函数或指令，帮助您定位性能瓶颈。

总结