一、回顾：性能测试分析的思路

• 性能测试分析的思路：先分析硬件 、网络、 系统配置、应用程序
• 硬件： cpu、内存、磁盘、网络、io
• 本次我们就来谈谈cpu

二、cpu知识

• cpu：中央处理器（central processing unit）

  • 1、影响cpu性能的物理因素：架构、主频、核

    • 架构：intel（x86），AMD（powerPC），ARM（ARM）
    • 主频：GHz（值越高每秒刷新速度越快）
    • 核心数：

  • 2、结构：主要物理结构是3个，实际是有4个

  

  • 运算器： 真正进行计算的单元
  • 控制器： leader，把内存的指令，数据读入寄存器，控制计算机
  • 寄存器： 暂存指令、数据、地址
  • 时钟：计时

  • 3、内存

    • 程序代码、网络数据，外部数据进入cpu的桥梁，内存的速度，要比cpu的速度慢

  • 说人话（总结）

    一段程序要被执行，先编译成机器语言，进入内存。cpu控制器再从内存中获取指令，数据，放入寄存器中。时钟控制cpu的运算器什么时候开始计算，计算多久。运算器开始计算。运算过程中，如果还需要数据，控制器就从寄存器中拿数据，拿不到就从内存中拿。如果1个时间片段计算不完，就先干其他事，之后再执行。执行完了，输出数据给寄存器，传给内存–> 切换，中断

  • 4、内核&线程&架构

    • 内核：医院的医生，治疗病人
    • 线程：医院的护士，接待病人
      • 线程是cpu调度和反派的基本单位
    • 1医生对1护士：单核单线程
    • 1医生对 n个护士：单核多线程，超频
      • 如何配置超频？
        • 需要手动改配置参数
      • 一般情况下企业都不会使用超频，超频就代表超负荷运行，发热过快，功耗高的时候容易出问题
    • 架构：医院的楼层结构和医疗基础设施
      • 基础越合理，工作效率越高

  • 5、查看cpu信息

    • 1、top

    

    • 2、lscpu

    

    • 对应的说明
      

    • 3、cat /proc/cpuinfo

      • 内存中记录的cpu信息（这边展示的是每个cpu的单独信息，非统计的）
      • /proc 虚拟文件，操作系统启动时，读取的信息，这些信息放内存中
      • cpu想要改成超频的，就是这里改了
        

  • 其他的常用命令

    • cat /proc/cpuinfo |grep "physical id" |sort |uniq |wc -l 查看物理cpu数量

    • cat /proc/cpuinfo | grep "cpu cores" |uniq 查看CPU的core数，即核数

    • cat /proc/cpuinfo | grep "processor" |wc -l 查看逻辑CPU数量

    • load average = cpuload + ioload

• 6、监控cpu

  • cpu 分析：

    • us：用户进程空间中未改变过优先级的进程占用cpu百分比（程序在cpu进行计算的时候，没有改变过优先级，没有成为内核进行计算，在非内核计算的时间）
      • 用户运行计算–>cpu密集计算 or FGC or 死循环
        • cpu密集计算：代码逻辑很复杂，可能计算时候要进行密集的逻辑判断，这时候会消耗us态的时间
        • FGC：
          • GC：资源回收
          • FGC：对老年代的资源进行回收。程序运行起来会分配内存资源，如果资源一直用的上，那就一直放在内存里，然后不用了再进行回收。这种回收消耗时间较长。资源回收就会带来中断和卡顿，卡顿也会导致程序暂时无响应（卡顿时间是毫秒级）
          • YGC：(Young/Minor GC)新生代资源回收：资源用一次就不用了，把资源释放
        • 死循环：一直在计算，用户态死循环就会占用很长时间
    • sy：内核空间占用cpu百分比。
      • 做上下文切换（自愿上下文切换，非自愿上下文切换）
        • 上下文切换：寄存器里的资源进行切换
        • 自愿上下文切换 --> 内存瓶颈
          • 举例：比如进行计算时候，有10个程序，第一个程序有连续5个指令，但是在执行第三个指令的时候因为资源不够，要等待，那就切换其他进程处理其他指令。（资源不够，自觉切换到另外的指令）
        • 非自愿上下文切换 -->cpu瓶颈
          • 举例：执行第三个指令的时候，时间到了，这时候没有执行完，被迫中断/时间有，但是来了个优先级更高的，要立刻执行，强制中断。如果cpu够多，那就可以用另外的cpu去处理，所以是cpu瓶颈（有可能有优先级更高的指令，指令执行的时间已经到了，被迫中止当前的指令，去执行其他指令）
    • ni：用户进程空间内改变过优先级的进程占用cpu百分比（内核->非内核，或非内核->内核切换所用时间）
      • 用户运行计算–>cpu密集计算 or FGC or 死循环
    • id：空闲时间百分比
    • wa：空闲&等待IO的时间百分比（很多时候是资源不够导致的等待）
      • 等待资源 --> IO问题（磁盘/网络）
    • hi：硬中断时间百分比（程序中断导致的切换（比如时间片到了））
    • si：软中断时间百分比（自愿进行切换）
      • 软中断 -->cpu竞争抢资源 or 资源不够IO问题
    • st：虚拟化时被其余vm窃取时间百分比
      • 抢占资源 --> 宿主机抢占资源

  • load average值和cpu使用率之间的关系

    • 现在的linux服务器中，load average不等于cpu使用率
    • load average是系统的整体负载体现
      • 它包括 cpu负载+disk负载+网络负载+外设负载
      • loadaverage=cpuload+ioload（disk+网络+外设负载都是io负载）
    • cpu的使用：用户进程使用的时间us，系统内核运行时间sy，空闲时间idle，管理被抢占时间st
      • 繁忙：us+sy+st+ni+hi+si cpu使用率的时间（除以总时间）
      • 空间：idle+wa

    • 上下文

      • 上下文：cpu寄存器和程序计数器

        • 程序计数器：存储cpu正在执行的指令位置和下一条指令的位置
          

      • 上下文切换：先把当前任务的cpu上下文（cpu寄存器和程序计数器）保存起来（内核中），然后加载新任务的上下文到cpu的寄存器和程序计数器中，cpu再跳转到程序计数器上执行新任务）

      • 上下文切换类型：进程上下文切换，线程上下文切换，中断上下文切换

        • 进程：资源的基本单位
        • 线程：调度的基本单位

      • 进程上下文切换

        • 特权等级，跨等级时，需要系统调用：
          • 同进程上下文切换：进程用户态-- 系统调用–>进程内核态–系统调用–>进程用户态
          • 不同进程上下文切换：进程切换时要保存用户态资源（虚拟内存，栈等）

      • 线程上下文切换

        • 线程，共享进程的资源，但是，线程也有自己的所有数据，如栈，寄存器
        • 同进程中线程上下文切换：进程资源共享，切换线程私有资源
        • 好比，同一个公司，不同部门之间交流；同公司不同楼层交流

      • 不同进程中线程上下文切换：切换进程

  • cpu性能分析：load高 && cpu高

    • top
      • 情况1：sys系统态高 --> 需要排查cpu上下文切换
        • 如果非自愿上下文切换多，说明cpu不够用，进程时间片刻，被迫切换
        • 如果资源上下文切换多，说明计算用的资源不够用，可能存在IO，内存瓶颈
      • 情况2：si软中断高 --> cpu抢资源，资源不够用IO问题
        • sys高+si高 --> 推导出：内存 or网络IO问题 --> 解决方法：排查内存和IO
        • sys高+si不高 --> 推导出：cpu瓶颈 --> 解决方法之一 ：加cpu
      • 情况3：us用户态高 --> 用户程序计算
        • 密集型计算，内存FGC，资源等等（线程池）–>解决方法：逐个排查

  • 做性能测试时候每次的结果都相差很大/不准，怎么分析？

    • 如果是用无线网络测试的，可能会出现数据传输不稳定，出现延迟，导致结果会出现较大出入。我们就需要监控网络情况。有以下几种方式：
      • 1，jmeter聚合报告最后两列，可以利用这两个值计算出带宽。企业可能用千兆光纤，但是企业的服务器一般只有几兆到几十兆。
      • 2，也可以通过监控方式，如果有云服务器的管理台，可以看下管理台的网络流量图。
      • 3，直接ping被测服务域名/ip，看看网络的延迟时间。如果时间在几毫秒~几十毫秒以内，那是可以接受的。我们可以在没有做测试前可以ping一下，正在做测试过程中也ping一下，看看有没有明显增大，如果增大非常多，甚至出现丢包，那就说明延迟已经影响性能测试，网络已经成为瓶颈。