CPU使用率到了100%，先別慌！

最近，一位同事急匆匆跑過來跟我說：糟糕了，服務器CPU的使用率達100%了。

我心想不可能啊，CPU有那么多核，怎會跑滿？於是看了一眼，結果虛驚一場。

這位同事看到的100%，並非指整個CPU使用率到了100%，而是指CPU某些核的使用率到了100%.

趁此機會，我來聊聊與CPU相關的概念，對很多軟件開發和運維人員來說，這些概念是必須要掌握的：

• CPU主頻

• 多個CPU

• 多核CPU

• 邏輯核(超線程)

• 大小端

 

以一款CPU為例，看下具體參數：

      

CPU主頻(時鍾頻率) 

在上面這些參數中，人們最熟知的是CPU主頻(時鍾頻率)。買電腦時，肯定需要看CPU主頻是多少。

我們知道：CPU時鍾越快，產生上升沿/下降沿的速度就越快，就能更快地迫使其它器件做相應工作。

CPU的時鍾，就像龍舟比賽的擊鼓人，擊鼓頻率越快，就迫使划船的人跟上節奏，結果龍舟也越快。

從CPU參數可以看到，該CPU有12個物理核，每個物理核對應2個邏輯核(超線程技術)。所以，從外部看，該CPU有24個核(邏輯核)。

也就是說，該CPU有12個物理上的運算器&控制器，有24個邏輯上的運算器&控制器。

 

多個CPU

我們看linux命令lscpu給出的信息：

 

Socket(s): 2

 

可以看到，在這台服務器上，總共插了2個CPU,  這2個CPU是物理上的CPU, 人眼可以看到，手也可以觸摸到：

 

多核CPU

 

我們看linux命令lscpu給出的信息：

Core(s) per socket: 12

可以看到，針對每一個物理CPU而言，內部有12個物理核。也就是說，在一個物理CPU內，有12個物理層面的運算器&控制器，它們是實實在在存在的。很霸氣的感覺，12個物理核如下圖所示：

 

邏輯核(超線程)

 

我們看linux命令lscpu給出的信息：

Thread(s) per core: 2

由於Intel采用了超線程技術，所以每個物理核對應2個邏輯核：
要注意，在物理上看來，只有一個核，但采用了超線程技術，在使用時，實際效果是2個核在同時並行(不是同步並發)工作，也即有2個邏輯核，如下圖所示：

那么，在上面這台服務器中，有多少個邏輯核呢？
服務器中插有2個物理CPU, 每個物理CPU有12個物理核，每個物理核有2個邏輯核，故總共48個邏輯核。因此，當操作系統俯視CPU硬件時，它看到的是，在計算機中，有48個核，即有48個運算器&控制器。
對於操作系統而言，它可以認為有48個CPU核在同時並行(不是同步並發)為它提供服務，lscpu查出的信息如下：

CPU(s): 48

這里的48個CPU(s), 其實就是48個邏輯核。有時，我們也可以說，這台服務器有48個核。
這台服務器有2個CPU, 針對其中一個CPU，我們也可以說，它是"12核24線程"。

 

操作系統對核的分配 

 

需要注意的是，如上的服務器有2個CPU,  每個CPU有12物理核，每個物理核有2個邏輯核，這僅僅是針對特定服務器和CPU的。其他計算機或者CPU, 就不一定如此了。來看我的另外一台服務器，配置略微寒酸：總共只有1個CPU, 1個物理核，1個邏輯核:

ubuntu@VM--15-ubuntu:~$ lscpuArchitecture: x86_64CPU op-mode(s): 32-bit, 64-bitByte Order: Little EndianCPU(s): 1On-line CPU(s) list: Thread(s) per core: 1Core(s) per socket: 1Socket(s): 1NUMA node(s): 1Vendor ID: GenuineIntelCPU family: 6Model: 79Model name: Intel(R) Xeon(R) CPU E5-26xx v4Stepping: 1CPU MHz: 2394.446BogoMIPS: 4788.89Hypervisor vendor: KVMVirtualization type: fullL1d cache: 32KL1i cache: 32KL2 cache: 4096KNUMA node0 CPU(s): Flags: fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic sep mtrr pge mca cmov pat pse36 clflush mmx fxsr sse sse2 ss ht syscall nx lm constant_tsc rep_good nopl eagerfpu pni pclmulqdq ssse3 fma cx16 pcid sse4_1 sse4_2 x2apic movbe popcnt tsc_deadline_timer aes xsave avx f16c rdrand hypervisor lahf_lm abm 3dnowprefetch bmi1 avx2 bmi2 rdseed adx xsaveoptubuntu@VM--15-ubuntu:~$

如果在這個單核服務器上，運行如下的死循環程序，會如何呢？

#include <stdio.h>int main(){ while(1); // 死循環 return 0;}

觀察top命令給出的結果，可以看到，1個進程就消耗了大約99.0%的CPU，整個CPU的使用率達到99.7%：        那么，如果開啟2個進程並發執行呢？可以看到，每個進程幾乎都是占用49.x%的CPU，整個CPU的使用率達到99.7%：
那么，如果開啟3個進程並發執行呢？可以看到，每個進程幾乎都是占用32.x%的CPU，整個CPU的使用率達到98.7%：
可以看到，整個CPU幾乎被瓜分殆盡。這種調度和分配，是由操作系統完成的。

再來看多核CPU的情況，我找了另一台服務器，有32個邏輯核，簡稱32個核。運行一下死循環進程，用top命令來分析。可以看到，1個進程占滿1個核，使用率100%， 而服務器32個核的使用率是3.6%：
運行2個進程，可以看到，2個進程都占用99.7%的核，而服務器32個核的使用率是6.5%：

運行3個進程，可以看到，3個進程都占用100%的核，而服務器32個核的使用率是9.8%：
看到使用率為100%時，不要緊張，不要以為CPU就用完了，QQ號交易平台地圖這台服務器有32個核呢(擁有3200%的能力)。來看下3個進程時，每個核的具體使用情況(3個進程，總共大概占用300%的核)：
這些值會動態地變化，而且不一定是消耗在某些固定的核上。核的調度和資源分配，由操作系統來完成：

 

CPU大小端

 

最后，來看一個大小端的問題，看lscpu命令的信息：

Byte Order: Little Endian

它的含義是: CPU是小端模式。相信幾乎所有的程序員都聽說過這個概念，我們具體來測試一下。
下面是在Intel CPU + Windows + VC++6.0上的測試結果，可以看到：低位的0x78存儲在地址較小的位置(小端模式)：
下面是對8051單片機進行的仿真測試，可以看到：高位的0x12存儲在地址較小的位置(大端模式)：至此為止，我們對CPU的基本參數有了大致了解，這也是linux相關的開發、運維人員必須掌握的。以后也可以談笑風生地聊多個CPU、多核CPU、邏輯核和大小端了，而不是一如既往地一知半解。