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隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，計算機系統(tǒng)的并發(fā)性成為了一個關鍵問題。Linux 系統(tǒng)作為一種穩(wěn)定而強大的操作系統(tǒng)，能夠提供出色的支持來滿足這些需求。但是，對于高并發(fā)的應用程序而言，CPU 使用率過高是一個常見的問題。為了解決這一問題，優(yōu)化線程 CPU 使用率就顯得非常重要。
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Linux 線程和進程
在 Linux 系統(tǒng)上，進程是計算機系統(tǒng)中正在進行的活動的實體。線程是進程中的一個輕量級實體，開銷較小且速度更快。線程能夠在同一個進程內并發(fā)執(zhí)行，從而提高計算機系統(tǒng)的并發(fā)性能。當應用程序需要執(zhí)行多個獨立任務時，線程就非常有用了。
線程 CPU 使用率的問題
盡管線程在 Linux 系統(tǒng)上表現(xiàn)出色，但是在某些情況下會出現(xiàn) CPU 使用率過高的問題。當應用程序中使用大量線程時，它們可能會獨占 CPU，這會影響操作系統(tǒng)的并發(fā)性能。話說回來，線程 CPU 使用率過低也是個問題，在這種情況下，系統(tǒng)利用率低且資源浪費嚴重。因此，優(yōu)化線程 CPU 使用率非常必要。
線程 CPU 使用率優(yōu)化技巧
以下是一些線程 CPU 使用率優(yōu)化的技巧：
1. 禁用超線程：超線程是一種技術，它允許 CPU 同時運行多個線程。但是，在某些情況下，這會增加 CPU 使用率并導致額外的開銷。禁用超線程有助于減少線程之間的干擾。
2. 合并線程：應用程序中的線程數(shù)量可能是隨機的，可能存在不必要的線程。合并線程有助于減少線程數(shù)量，從而降低 CPU 使用率。不過，必須謹慎對待此項技術。
3. 限制線程數(shù)：應用程序可能創(chuàng)建大量線程，但是實際上，系統(tǒng)可能無法支持這些線程。限制線程數(shù)可以避免過多的線程導致 CPU 使用率過高。這個限制可以通過設置進程的配置文件來實現(xiàn)。
4. 使用條件變量：條件變量是一種同步機制，可以讓多個線程等待某個條件的發(fā)生。與忙等待不同，使用條件變量可以大大減少 CPU 使用率，并減少線程間的競爭。
5. 使用線程池：線程池可以避免不必要的線程創(chuàng)建，并可以更好地利用系統(tǒng)資源。線程池可以在應用程序啟動時創(chuàng)建，然后在需要時使用現(xiàn)有的線程。
6. 安排線程優(yōu)先級：線程優(yōu)先級可以影響調度器如何分配 CPU 資源。設置線程優(yōu)先級有助于確保重要線程能夠優(yōu)先獲得 CPU 資源，從而增加系統(tǒng)的總體效率。
線程 CPU 使用率優(yōu)化是一項關鍵的任務。優(yōu)化線程的 CPU 使用率可以提高系統(tǒng)的并發(fā)能力和效率。此外，優(yōu)化線程也可以減少系統(tǒng)崩潰的概率。通過使用上述技巧，可以有效地解決線程 CPU 使用率過高或過低的問題，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。
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本文先介紹了cpu上下文切換的基礎知識，以及上下文切換的類型（進程，線程等切換）。然后介紹了如何查看cpu切換次數(shù)的工具和指標的解釋。同時對日常分析種cpu過高的情況下如何分析和定位的方法做了一定的介紹，使用一個簡單的案例進行分析，先用top，pidstat等工具找出占用過高的進程id，然后通過分析到底是用戶態(tài)cpu過高，還是內核態(tài)cpu過高，并用perf 定位到具體的調用函數(shù)。（來自極客時間課程學習筆記）
1、多任務競爭CPU，cpu變換任務的時候進行CPU上下文切換(context switch)。CPU執(zhí)行任務有4種方式：進程、線程、或者硬件通過觸發(fā)信號導致中斷的調用。
2、當切換任務的時候，需要記錄任務當前的狀態(tài)和獲取下一任務的信息和地址(指針)，這就是上下文的內容。因此，上下文是指某一時間點CPU寄存器(CPU register)和程序計數(shù)器(PC)的內容, 廣義上還包括內存中進程的虛擬地址映射信息.
3、上下文切換的過程：
4、根據(jù)任務的執(zhí)行形式，相應的下上文切換，有進程上下文切換、線程上下文切換、以及中斷上下文切換三類。
5、進程和線程的區(qū)別：
進程是資源分配和執(zhí)行的基本單位；線程是任務調度和運行的基本單位。線程沒有資源，進程給指針提供虛擬內存、棧、變量等共享資源，而線程可以共享進程的資源。
6、進程上下文切換：是指從一個進程切換到另一個進程。
(1)進程運行態(tài)為內核運行態(tài)和進程運行態(tài)。內核空間態(tài)資源包括內核的堆棧、寄存器等；用戶空間態(tài)資源掘晌核包括虛擬內存、棧、變量、正文、數(shù)據(jù)等
(2)系統(tǒng)調用(軟中斷)在內核態(tài)完成的，需要進行2次CPU上下文切換(用戶空間–>內核空間–>用戶空間)，不涉及用戶態(tài)資源，也不會切換進程。
(3)進程是由內核來管理和調度的，進程的切換只能發(fā)生在內核態(tài)。所以，進程的上下文不僅包括了用戶空間的資源，也包括內核空間資源。
(4)進程的上下文切換過程：
(5)、下列將會觸發(fā)謹渣進程上下文切換的場景：
7、線程上下文切換：
8、中斷上下文切換
快速響應硬件的事件，中斷處理會打斷進程的正常調度和執(zhí)行。同一CPU內，硬件中斷優(yōu)先級高于進程。切換過程類似于系統(tǒng)調用的時候，不涉及到用戶運行態(tài)資源。但大量的中斷上下文切換同樣可能引發(fā)性能問題。
重點關注信息：
系統(tǒng)的就緒隊列過長，也就是正在運行和等待 CPU 的進程數(shù)過多，導致了大量的上下文切換，而上下文切換又導致了系統(tǒng) CPU 的占用率升高。
這個結果中有兩列內容是我們的重點關注對象。一個是
cswch
，表示每秒自愿上下文切換（voluntary context switches）的次數(shù)，另一個則是
nvcswch
，表示每秒非自愿上下文切換（non voluntary context switches）的次數(shù)。
linux的中斷使用情判掘況可以從 /proc/interrupts 這個只讀文件中讀取。/proc 實際上是 Linux 的一個虛擬文件系統(tǒng)，用于內核空間與用戶空間之間的通信。/proc/interrupts 就是這種通信機制的一部分，提供了一個只讀的中斷使用情況。
重調度中斷（RES），這個中斷類型表示，喚醒空閑狀態(tài)的 CPU 來調度新的任務運行。這是多處理器系統(tǒng)（P）中，調度器用來分散任務到不同 CPU 的機制，通常也被稱為處理器間中斷（Inter-Processor Interrupts，IPI）。
這個數(shù)值其實取決于系統(tǒng)本身的 CPU 性能。如果系統(tǒng)的上下文切換次數(shù)比較穩(wěn)定，那么從數(shù)百到一萬以內，都應該算是正常的。但當上下文切換次數(shù)超過一萬次，或者切換次數(shù)出現(xiàn)數(shù)量級的增長時，就很可能已經(jīng)出現(xiàn)了性能問題。這時，需要根據(jù)上下文切換的類型，再做具體分析。
比方說：
首先通過uptime查看系統(tǒng)負載，然后使用mpstat結合pidstat來初步判斷到底是cpu計算量大還是進程爭搶過大或者是io過多，接著使用vmstat分析切換次數(shù)，以及切換類型，來進一步判斷到底是io過多導致問題還是進程爭搶激烈導致問題。
CPU 使用率相關的重要指標：
性能分析工具給出的都是間隔一段時間的平均 CPU 使用率，所以要注意間隔時間的設置，特別是用多個工具對比分析時，你一定要保證它們用的是相同的間隔時間。比如，對比一下 top 和 ps 這兩個工具報告的 CPU 使用率，默認的結果很可能不一樣，因為 top 默認使用 3 秒時間間隔，而 ps 使用的卻是進程的整個生命周期。
top 和 ps 是最常用的性能分析工具：
這個輸出結果中，第三行 %Cpu 就是系統(tǒng)的 CPU 使用率，top 默認顯示的是所有 CPU 的平均值，這個時候你只需要按下數(shù)字 1 ，就可以切換到每個 CPU 的使用率了。繼續(xù)往下看，空白行之后是進程的實時信息，每個進程都有一個 %CPU 列，表示進程的 CPU 使用率。它是用戶態(tài)和內核態(tài) CPU 使用率的總和，包括進程用戶空間使用的 CPU、通過系統(tǒng)調用執(zhí)行的內核空間 CPU 、以及在就緒隊列等待運行的 CPU。在虛擬化環(huán)境中，它還包括了運行虛擬機占用的 CPU。
預先安裝 stress 和 sysstat 包，如 apt install stress sysstat。
stress 是一個 Linux 系統(tǒng)壓力測試工具，這里我們用作異常進程模擬平均負載升高的場景。而 sysstat 包含了常用的 Linux 性能工具，用來監(jiān)控和分析系統(tǒng)的性能。我們的案例會用到這個包的兩個命令 mpstat 和 pidstat。
下面的 pidstat 命令，就間隔 1 秒展示了進程的 5 組 CPU 使用率，
包括：
perf 是 Linux 2.6.31 以后內置的性能分析工具。它以性能事件采樣為基礎，不僅可以分析系統(tǒng)的各種事件和內核性能，還可以用來分析指定應用程序的性能問題。
之一種常見用法是 perf top，類似于 top，它能夠實時顯示占用 CPU 時鐘最多的函數(shù)或者指令，因此可以用來查找熱點函數(shù)，使用界面如下所示：
輸出結果中，之一行包含三個數(shù)據(jù)，分別是采樣數(shù)（Samples）如2K、事件類型（event）如cpu-clock:pppH和事件總數(shù)量（Event count）如：。
第二種常見用法，也就是 perf record 和 perf report。 perf top 雖然實時展示了系統(tǒng)的性能信息，但它的缺點是并不保存數(shù)據(jù)，也就無法用于離線或者后續(xù)的分析。而 perf record 則提供了保存數(shù)據(jù)的功能，保存后的數(shù)據(jù)，需要你用 perf report 解析展示。
1.啟動docker 運行進程：
2.ab工具測試服務器性能
ab（apache bench）是一個常用的 HTTP 服務性能測試工具，這里用來模擬 Ngnix 的客戶端。
3.分析過程
CPU 使用率是最直觀和最常用的系統(tǒng)性能指標，在排查性能問題時，通常會關注的之一個指標。所以更要熟悉它的含義，尤其要弄清楚:
這幾種不同 CPU 的使用率。比如說：
碰到 CPU 使用率升高的問題，你可以借助 top、pidstat 等工具，確認引發(fā) CPU 性能問題的來源；再使用 perf 等工具，排查出引起性能問題的具體函數(shù).
linux c++ 多線程，某線程cpu占用率高，有哪些比較好的解決辦法
沒有什么通用的辦法，主要還是從自己算法上想優(yōu)化，1要確保能精簡的計算就精簡2要確保沒有無用的循環(huán)
關于linux 線程 cpu 使用率的介紹到此就結束了，不知道你從中找到你需要的信息了嗎 ？如果你還想了解更多這方面的信息，記得收藏關注本站。
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