如何监控和优化Linux系统中的CPU占用率？

Linux 系统在服务器和个人电脑中广泛应用，其强大的性能和灵活性使得它成为许多开发者和系统管理员的首选，随着系统负载的增加，CPU 占用率过高可能会影响系统的性能和稳定性，本文将详细探讨 Linux 系统中 CPU 占用率的相关问题，包括如何查看 CPU 使用情况、分析高 CPU 占用的原因以及解决方法。

一、查看 CPU 使用情况的方法

1、top 命令

top 命令是实时显示系统上各个进程的资源占用情况的工具，它可以动态地展示 CPU 使用率、内存使用率以及各个进程的详细信息，执行top 命令后，会进入一个交互界面，其中按q 键可以退出。

   top

输出示例：

   top 16:54:38 up 7 days,  5:13,  3 users,  load average: 0.00, 0.01, 0.05
   Tasks: 77 total,   2 running,  75 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
   %Cpu(s):  0.7 us,  0.3 sy,  0.0 ni, 99.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
   KiB Mem :  1882232 total,   813020 free,   330164 used,   739048 buff/cache
   KiB Swap:        0 total,        0 free,        0 used.  1386608 avail Mem
     PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S %CPU %MEM     TIME+ COMMAND
   17215 root       0 -20  127504  12176   9560 S  0.7  0.6  21:46.45 AliYunDun
   2770 root      20   0  573932  17232   6088 S  0.3  0.9   1:11.38 tuned
   1 root      20   0   43548   3844   2588 S  0.0  0.2   0:06.54 systemd
   2 root      20   0       0      0      0 S  0.0  0.0   0:00.00 kthreadd
   3 root      20   0       0      0      0 S  0.0  0.0   0:08.75 ksoftirqd/0

2、htop 命令

htop 是 top 命令的增强版，提供了更友好的用户界面和更多的功能，可以通过包管理器安装 htop。

   sudo apt-get install htop # Ubuntu and Debian
   sudo yum install htop     # CentOS and Red Hat
   sudo dnf install htop    # Fedora

运行 htop：

   htop

3、mpstat 命令

mpstat 命令属于 sysstat 包，可以显示各个 CPU 的使用情况，需要先安装 sysstat 包。

   sudo apt-get install sysstat # Ubuntu and Debian
   sudo yum install sysstat    # CentOS and Red Hat
   sudo dnf install sysstat   # Fedora

运行 mpstat：

   mpstat

输出示例：

   Linux 3.10.0-1062.el7.x86_64 (localhost.localdomain)    2021年08月19日  15时19分17秒  CPU    %usr   %nice   %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
   all    0.62    0.00    1.39    0.01    0.00    0.01    0.00    0.00    0.00   97.97

4、sar 命令

sar 命令也是 sysstat 包的一部分，用于收集、报告和保存系统活动信息，它可以定时采样 CPU 使用情况。

每4秒采样一次 CPU 使用情况，共采样5次：

   sar -u 4 5

输出示例：

   Linux 3.10.0-1062.el7.x86_64 (localhost.localdomain)    2021年08月19日  15时21分09秒     CPU     %user     %nice   %system   %iowait    %steal     %idle
   15时21分13秒     all      1.25      0.00      2.00      0.00      0.00     96.75
   15时21分17秒     all      1.01      0.00      2.01      0.00      0.00     96.98
   ...

二、分析高 CPU 占用的原因

高 CPU 占用率可能由多种因素引起，包括软件问题和硬件问题，以下是一些常见的原因及其分析方法：

1、特定进程占用过多 CPU

使用 top 或 htop 命令可以找到占用大量 CPU 资源的进程，如果某个进程的 %CPU 列显示为高值，那么该进程可能是导致 CPU 占用率高的主要原因。

2、死循环或无限循环

程序中的死循环会导致 CPU 持续高负荷运转，通过分析代码或使用调试工具（如 gdb）可以找到死循环的位置并进行修复。

3、I/O 密集型任务

大量的 I/O 操作会导致 CPU 等待 I/O 完成，从而增加 CPU 的使用率，可以使用 iostat 等工具监控磁盘 I/O 情况。

4、内核问题

某些情况下，Linux 内核本身可能存在 bug，导致 CPU 使用率异常，检查内核日志（如/var/log/kern.log）可以帮助识别这些问题。

三、解决高 CPU 占用的方法

1、优化代码

对于由应用程序引起的高 CPU 占用，首先应检查并优化代码，避免死循环、减少不必要的计算等。

2、调整进程优先级

使用nice 和renice 命令调整进程的优先级，以降低其对 CPU 资源的占用。

   renice -n -10 -p [PID]

3、升级内核

如果发现是由于内核 bug 导致的高 CPU 使用率，考虑升级到较新的稳定版本内核。

4、使用 cgroups 限制资源

cgroups（控制组）可以用来限制、记录和隔离进程组所使用的物理资源（如 CPU、内存、磁盘 I/O 等），配置 cgroups 可以有效地限制某些进程的资源使用。

四、常见问题与解答（FAQs）

Q1：如何使用 top 命令找到占用 CPU 最多的进程？

A1：运行top 命令后，按下P 键可以根据 CPU 使用率排序，最上面的进程即为占用 CPU 最多的进程。

Q2：如何杀死占用大量 CPU 资源的进程？

A2：首先使用top 或ps 命令找到该进程的 PID，然后使用kill 命令终止进程：

   kill -9 [PID]

Q3：如何监控系统的 CPU 使用情况？

A3：可以使用sar、mpstat 等工具定时监控系统的 CPU 使用情况，并将结果保存到文件中以便后续分析。

   sar -u -o /var/log/cpu_usage.log

小编有话说

在 Linux 系统中，管理和优化 CPU 使用情况是确保系统高效运行的重要环节，通过合理使用监控工具和优化手段，可以有效降低系统的 CPU 占用率，提高整体性能和稳定性，希望本文提供的内容能够帮助大家更好地理解和应对 Linux 系统中的 CPU 占用问题。