Linux CPU时间的一点理解

1.CPU时间分类

vmstat可以显示cpu使用时间的分类统计:
执行指令:vmstat -s 时,实际从/proc/stat节点读取cpu显示,然后进行回显:

内核对应的CPU时间类型有以下几种:

类别说明
CPUTIME_USER用户空间占用CPU时间
CPUTIME_NICE高nice进程(低优先级),用户空间占用时间
CPUTIME_SYSTEM内核态占用CPU时间
CPUTIME_SOFTIRQ软件中断占用CPU时间
CPUTIME_IRQ硬中断占用CPU时间(这个没搞懂)
CPUTIME_IDLECPU空闲时间
CPUTIME_IOWAITCPU等待IO时间
CPUTIME_STEALGuest OS等待real cpu的时间(虚拟机查看)
CPUTIME_GUESTGuest OS 消耗的时间(物理机里查看)
CPUTIME_GUEST_NICE 

2.内核实现

/*account_process_tick会在每个TICK中断被调用,user_tick从当前CPU工作模式决定
主要计算了各种CPU使用时间
*/
void account_process_tick(struct task_struct *p, int user_tick)
{
	u64 cputime, steal;
	struct rq *rq = this_rq();

	cputime = TICK_NSEC;
	if (user_tick)/*统计userspace时间 */
		account_user_time(p, cputime);
	else if ((p != rq->idle) || (irq_count() != HARDIRQ_OFFSET))
		account_system_time(p, HARDIRQ_OFFSET, cputime);/*内核态运行时间 */
	else
		account_idle_time(cputime);/*CPU空闲时间 */
}

/* 用户时间统计
这里把高nice(低优先级)进程时间进行区分。
*/
void account_user_time(struct task_struct *p, u64 cputime)
{
	int index;

	/* 把时间累加到当前进程. */
	p->utime += cputime;
	account_group_user_time(p, cputime);//account_process_tick-

	index = (task_nice(p) > 0) ? CPUTIME_NICE : CPUTIME_USER;

	/* 把cpu时间累计到当前CPU */
	task_group_account_field(p, index, cputime);

	/* Account for user time used */
	acct_account_cputime(p);
}

/* 
系统CPU时间实际分三种
Hardirq:硬中断时间
softirq:软中断运行时间
system:内核运行时间
*/
void account_system_time(struct task_struct *p, int hardirq_offset, u64 cputime)
{
	int index;

	/*hardirq的计算没理解,Linux中断不可重入,也就是这里一直是0(除非NMI抢占了hardirq) */
	if (hardirq_count() - hardirq_offset)
		index = CPUTIME_IRQ;
	else if (in_serving_softirq())/* 软中断时间*/
		index = CPUTIME_SOFTIRQ;
	else
		index = CPUTIME_SYSTEM;/* 内核运行时间*/

	account_system_index_time(p, cputime, index);/*更新对应的运行时间 */
}
/* 
idle时间分类纯idle和iowait时间
iowait的一点理解:当前CPU存在iowait的进行,且当前cpu处于idle状态
nr_iowait在schedule函数累加.
*/
void account_idle_time(u64 cputime)
{
	u64 *cpustat = kcpustat_this_cpu->cpustat;
	struct rq *rq = this_rq();

	if (atomic_read(&rq->nr_iowait) > 0)
		cpustat[CPUTIME_IOWAIT] += cputime;
	else
		cpustat[CPUTIME_IDLE] += cputime;
}

3.统计精度
 

由于CPU统计时间是在每个TICK中断中,而且把整个TICK时间,都计算到当前进程,那么在一个TICK周期,可能发生:
1. 一个进程多次在用户态和内核态切换,而最终会把整个tick时间计算在用户态或者内核态
2.多个进程在TICK周期内运行过.而最终会把真个tick时间计算在当前进程.
结论:各种CPUTIME的统计精度是TICK,且并不准确, 只能大体反应CPU运行情况.但是这种统计,并不影响我们分析问题.

<think>嗯,用户问的是怎么让LinuxCPU负载高于80%。首先,我需要理解CPU负载是什么意思。CPU负载通常指的是系统正在使用和等待使用CPU的进程数量。高负载意味着CPU在处理很多任务,可能已经接近满负荷运行了。用户可能是在做压力测试,或者想测试系统在高负载下的表现,比如散热、性能稳定性之类的。 接下来,我需要考虑不同的方法来实现这一点。常见的方法有用工具如stress、stress-ng,或者写脚本循环执行计算任务。另外,多线程或多进程的程序也可以提高CPU使用率。可能还需要考虑如何监控CPU负载,用top、htop或者mpstat这些命令。 用户可能对Linux系统不太熟悉,所以步骤需要详细。比如安装stress工具,运行命令,可能需要指定CPU核心数和时间。还有,用户可能需要知道如何结束测试,避免系统卡死。安全方面也要提醒,长期高负载可能影响系统稳定性,甚至导致过热。 另外,是否要考虑不同Linux发行版的安装命令差异,比如Ubuntu用apt,CentOS用yum。还有,用户可能需要验证负载是否真的达到了80%以上,所以监控步骤也很重要。可能还要提到使用dd命令或者数学计算脚本,比如无限循环计算平方根,这样会消耗CPU资源。 还要注意是否需要多核心还是单核心的高负载,stress的参数调整,比如--cpu选项指定核心数。比如4核的话,每个核心跑满的话,可能需要多个进程。或者用yes命令重定向到/dev/null,这样也能消耗CPU。 还有可能用户没有root权限,是否需要sudo来安装软件。或者有没有其他不需要安装额外工具的方法,比如写bash脚本。比如一个无限循环,执行计算任务,这样每个线程占用一个核心。 然后,组合这些方法,给出几种不同的方案,让用户可以根据自己的情况选择。同时提醒谨慎操作,避免系统崩溃,建议在测试环境中进行。可能还要提到使用nohup让任务在后台运行,以及如何终止进程。 最后,总结步骤,确保用户能一步步操作,并且理解每个步骤的作用。需要检查命令是否正确,比如stress的正确用法,监控命令的使用。可能还要提到负载的计算方式,1分钟、5分钟、15分钟的平均负载,确保用户正确理解结果。</think>在Linux系统中,可以通过以下步骤有计划地提高CPU负载至80%以上。请谨慎操作,建议在测试环境中进行: --- ### 一、使用专用压测工具 1. **安装`stress`工具** ```bash # Ubuntu/Debian sudo apt install stress # CentOS/RHEL sudo yum install stress ``` 2. **启动CPU压力测试** ```bash stress --cpu 4 --timeout 600 # 启动4个worker进程,持续600秒(10分钟) ``` - 调整`--cpu`参数:设为等于CPU核心数可尝试满载,设为更高数值可能触发更激烈竞争 - 监控命令:`top`或`htop`观察`%Cpu(s)`指标 --- ### 二、通过数学计算脚本实现 1. **创建无限循环脚本** ```bash # 单线程版本 while :; do echo "2^999999" | bc &>/dev/null; done # 多线程版本(4线程示例) for i in {1..4}; do (while true; do awk 'BEGIN {while(1){}}'; done) & done ``` 2. **终止方法** ```bash pkill -f "bc|awk" # 结束相关进程 ``` --- ### 三、使用`dd`命令(低效但简单) ```bash # 生成计算密集型任务 dd if=/dev/zero of=/dev/null bs=1M & # 重复后台运行多个实例 ``` --- ### 四、系统监控与验证 1. **实时监控命令** ```bash watch -n 1 "uptime; mpstat -P ALL 1 1" # 查看平均负载和每个CPU核心利用率 ``` 2. **关键指标说明** - **平均负载**:1分钟/5分钟/15分钟平均值,接近CPU核心数时表示高负载 - **%usr**:用户空间CPU使用率,持续>80%即达到目标 --- ### 五、注意事项 1. **散热风险**:长时间高负载可能导致CPU过热 2. **进程管理**:通过`kill`或`pkill`及时结束测试进程 3. **虚拟化环境**:在云服务器中可能触发资源限制告警 4. **负载均衡**:使用`taskset`可绑定到特定CPU核心 ```bash taskset -c 0,1 stress --cpu 2 # 仅使用0号和1号CPU核心 ``` --- 通过组合上述方法(如同时运行多个压测进程),可精确控制CPU负载水平。建议先进行短期测试,逐步调整进程数量以达到目标负载值。
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