一、背景

工作中我们经常遇到CPU 负载高，CPU负载高意味着什么？ CPU的负载是怎么计算的？ top指令中的各个指标代表什么含义？

二、CPU 负载计算方法

在系统出现负载问题，通常会使用uptime和top确认负载，这两个命令代表的含义是什么？

1、首先看uptime

geek@CNSZX-4N7FGK3:~$ uptime

22:13:59, up 2 min, 0 users, load average: 0.52, 0.58, 0.59

当前时间, 系统启动的总时间, 当前user数, load average 后的三个数分别是 1分钟，5分钟，15 分钟的平均负载

man uptime System load averages is the average number of processes that are either in a runnable or uninterruptable state. A process in a runnable state is either using the CPU or waiting to use the CPU. A process in uninterruptable state is waiting for some I/O access, eg waiting for disk. The averages are taken over the three time intervals. Load averages are not normalized for the number of CPUs in a system, so a load average of 1 means a single CPU system is loaded all the time while on a 4 CPU system it means it was idle 75% of the time.

关于平均负载的解释（注意，如上面的），是进程处于runnable和uninterruptable状态的平均数；

当这个值为1时，如果我们的系统有4个CPU那么表示，系统大概有75%的时间处于空闲（idle状态）；

如果我们只有2个CPU 表示 系统有50%时间处于空闲。

这三个值的差异反应了当前系统的负载变化情况，

如果 1 分钟、5 分钟、15 分钟的三个值相差不大，说明系统负载很稳定。

如果 1 分钟的值远小于 15 分钟的值，就说明系统最近 1 分钟的负载在减少，而过去 15 分钟内却有很大的负载。如果 1 分钟的值远大于 15 分钟的值，就说明最近 1 分钟的负载在增加，若 1 分钟的平均负载超过了 CPU 的个数，意味着系统遇到过载的问题，需要进行分析优化了。

通常负载数 > CPU数（70%~80%）认为异常

2、top指令

默认每3秒刷新一次， 按1 可以显示每个CPU上的详细信息

us, user : normal 进程，nice值 <= 0的cpu占用量

sy, system : process 内核态执行时间

ni, nice : normal进程， nice值> 0的cpu占用量

id, idle : idle占比，CPU空闲时间

wa, IO-wait : 等待I/O的时间

hi : 硬件中断的CPU占用时间

si : 软件中断的CPU占用时间

st : 当系统运行在虚拟机时，被其他虚拟机占用的时间

三、查看CPU负载高的原因

1、vmstat 工具

Procs

r: running/runable 的process数量 .

b: blocked process数量（uninterrupt状态)

Memory

swpd: swap 内存使用量（同/proc/meminfo）

free: 可用的free mem （同/proc/meminfo）

buff: buff 内存使用数量

cache: cache 内存使用量

Swap

si: swap 从disk换入 单位/s

so: swap从内存换出 单位 /s

IO

bi: Blocks received from a block device (blocks/s).

bo: Blocks sent to a block device (blocks/s).

System

in: interrupt 数量单位/s

cs: context switches /s

CPU

us: userspace执行消耗时间占比（user time 包括 nice time）

sy: 内核执行消耗时间占比

id: idle time （这里计算会包括iowait的时间）

wa: iowait time

st: 通过虚拟化运行其他操作系统的时间，被其他虚拟机占用的CPU时间

2、pidstat

pidstat按进程分布，相比前面的vmstat和top还多了一个guest 参数，%guest代表运行虚拟机的CPU占用率；

pidstat -w 查看context switch的数量，context switch就是进程上下文切换

cswch/s：每秒自愿上下文切换的次数（voluntary context switch）

nvcswch/s: 每秒非自愿上下文切换的次数（non voluntary context switch）

cswch 当进程出发IO读写，malloc/mmap触发缺页异常，sleep等自愿上下文切换

nvcswch 通常是由于时间片运行完，被系统强制调度切换，当有大量CPU消耗性进程抢占CPU时，这个指标值就会很大

四、总结

CPU占用的指标大概有这些，通常我们用top,vmstat,pidstat来确认初步原因