CPU Utilization and Staturation

sc_jchang

                [color="#0099cc"]Utilization, 使用率。[color="#ff9900"]Saturation,饱和度？没看过中文怎么翻译的，说错了欢迎鄙视：）
在操作系统里，两者都表示某一资源(比如CPU，内存，IO)被使用的情况，可以结合在一起用来观察系统性能。在UNIX里(以SUN OS 5.11为例)，CPU utilization通常指的是CPU时间在某段时间内被占用的百分比，可以通过vmstat里的id(idle)值来观察，id越小，说明CPU使用率越高。
# vmstat 5
kthr memory page disk faults cpu
[color="#ff9900"]r b w swap     free      re mf   pi po fr de sr s0 s3 -- -- in   sy     cs    us sy [color="#0099cc"]id
[color="#ff9900"]0 0 0 4577000 855376 52 328 0 0   0  0  0  0  0  0   0  422 9088 9331 72 6 [color="#0099cc"]22
[color="#ff9900"]0 0 0 4577000 855376 29 203 0 0   0  0  0  0  0  0   0  413 8624 9259 72 6 [color="#0099cc"]22
[color="#ff9900"]0 0 0 4577000 855376 49 302 0 0   0  0  0  0  0  0   0  419 8979 9347 72 6 [color="#0099cc"]22
可以看到，在vmstat输出的3行数据里，CPU空闲时间一直是22%，即使用率一直是88%。
CPU saturation指的是在一段时间内CPU上的负载，或者说CPU上运行进程的多少，可以通过uptime或prstat输出的load average，或上面的vmstat中kthr(kernel thread)下的r(run queue，运行队列，Solaris内核里的一个数据结构，等待被分配到CPU时间的内核级线程被放在这个队列里)来衡量。
# uptime
3:31pm up 17 day(s), 1:12, 4 users, [color="#ff9900"]load average: 3.01, 3.01, 2.98
可以看到load average(平均负载？)后面的3个数字分别表示在之前1分钟，5分钟和15分钟内所有CPU上平均运行的进程数量。一般来说，对于我测试的SUN Netra 240, 双CPU的机器，load avg在2左右，即平均有两个左右进程在两个CPU上运行，系统的性能可以被充分利用，大于这个值则说明有进程不得不等待CPU时间。对于有16个虚拟CPU的T2000，这个值则可以相应地提高到16左右。也可以通过观察vmstat输出的kthr:r来衡量CPU saturation，从上面vmstat的输出可以看到r的值一直为零，说明run queue一直是空的，没有进程在等待CPU时间。
那么，怎么用这两个值来衡量系统性能呢？可以说，对于一个工作中的系统(OS+应用程序)，要把系统的资源榨取到极限，最理想的情况是CPU利用率接近100%，同时没有进程在等待CPU(这里排除IO和其他一些因素的影响，只考虑进程主要依赖CPU资源的理想情况)，即所有资源都被充分利用，所有消费者的需求都得到满足。这个目标可以通过在程序里调整线程数，尽量减少锁的使用来实现，很多时候要依靠经验和大量的测试了。
当然，vmstat，uptime，或者prstat这些工具都是非实时的，有很大局限性，很多时候它们的输出并不能反映某一小段时间的情况，很多性能瓶颈就这样被漏过了，这个问题比较复杂，看以后有机会再研究吧。如果真遇到这些工具搞不定的问题，强烈建议用DTrace，理论上可以得到任意精度的数据。什么？你用的不是Solaris10+，没有DTrace?那个...
废话几句，很多人(包括我)过去看一台PC的性能喜欢在Windows任务管理器下面看CPU使用率，觉得CPU使用率太高就不好，这个不知是Windows衡量的标准不一样还是下面的程序实现的问题，CPU使用率一般情况下不能太高，一旦高了就明显感觉系统反应慢了，又或者是因为PC多数用的是单CPU，CPU通常会成为性能瓶颈？欢迎讨
               
               
               

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