极客时间 - 《Linux 性能优化实战》

极客时间 - 《Linux 性能优化实战》原文链接：https://time.geekbang.org/column/intro/100020901

02 | 基础篇：到底应该怎么理解“平均负载”？
- 在Linux系统中，当一个进程启动时，操作系统会为该进程申请哪些资源？（9点）
- 如何理解进程的 S 状态？
- 如何理解进程的 D 状态？
- 如何理解进程的 R 状态？
- 如何理解进程的 Z 状态？
- 如何理解父进程执行结束，操作系统也会释放子僵尸进程描述符？
- 如何理解进程的 I 状态？
- 如何理解进程的 T 状态？
- 如何理解平均负载？
- 如何理解 uptime 的运行结果？如何判断结果是否正常或异常？
- 如何理解CPU使用率？
- 如何理解CPU使用率和平均负载的关系？
- 如何理解 mpstat 工具？
- 如何理解 pidstat 工具？
03 | 基础篇：经常说的 CPU 上下文切换是什么意思？（上）
- CPU中有哪些常见的寄存器，功能是什么？（9种）
- 进程的上下文切换都切换了哪些信息？（7条）
- CPU在什么情况下切换到其他进程运行？（6点）
- 同一进程内线程的上下文切换，哪些信息会切换？哪些信息不会切换？
- - 会切换的信息（5条）
  - 不会切换的信息（4条）
- 中断的上下文切换，哪些信息会切换？哪些信息不会切换？
- - 会切换的信息（4条）
  - 不会切换的信息（3条）
04 | 基础篇：经常说的 CPU 上下文切换是什么意思？（下）
- 如何理解 vmstat 工具？
- 如何理解 pidstat 工具查看线程上下文切换？
- 如何理解 cswch 和 nvcswch ？
- 如何查看中断升高发生的类型？
- 什么情况的每秒上下文切换才算正常？
05 | 基础篇：某个应用的CPU使用率居然达到100%，我该怎么办？
- 如何理解 top 命令的运行结果？
- 如何理解 ps 命令的运行结果？
- 如何理解平均CPU使用率？
- 如何理解CPU节拍率？
- 分析一下 man proc？
- 如何使用 perf 工具定位到 CPU占用率高的具体源码行数？

02 | 基础篇：到底应该怎么理解“平均负载”？

在Linux系统中，当一个进程启动时，操作系统会为该进程申请哪些资源？（9点）

PID：系统中唯一标识，用于区分不同的进程，进行进程管理和调度。
虚拟内存空间：包括代码段、数据段、堆、栈等，存储进程代码、数据、运行时堆栈等信息。
文件描述符：进程可以打开文件、管道、套接字等，操作系统会为这些打开的资源分配文件描述符，用于标记和访问这些资源。
CPU时间片：确保进程能够获得必要的CPU资源来执行其任务。
进程控制块 PCB：操作系统会为每个进程创建一个进程控制块，其中包含进程的状态信息、寄存器值、调度信息等，用于管理和调度进程。
环境变量：包含了一些配置信息和运行时参数，影响进程运行和配置。
信号处理器：操作系统会为进程设置信号处理器，用于处理各种信号事件（如中断、终止信号等），确保进程能够正确响应各种信号事件。
用户和组ID，用于权限管理和访问控制。
网络资源：socket，支持进程进行网络通信。

如何理解进程的 S 状态？

S（interruptible Sleep）
进入条件：需要等待可被信号中断的事件发生。
可处理信号。
进程暂停执行，释放CPU资源。
等待的特定事件发生后，从S状态转换为就绪状态，等待CPU调度执行。
应用场景：文件IO，网络通信，进程间通信。

如何理解进程的 D 状态？

D（Uninterruptible Sleep）
进入条件：需要等待可被信号中断的事件发生。
不可处理信号，直到等待事件发生。（这个时候信号会等事件响应之后处理吗？）
进程暂停执行，释放CPU资源。
等待的特定事件发生后，从S状态转换为就绪状态，等待CPU调度执行。
应用场景（进程与硬件设备直接交互）：磁盘读写，DMA操作，内核锁，内核同步操作。

如何理解进程的 R 状态？

R（Running）:进程正在被CPU调度，占用CPU。
R（Runnable）：进程等待被CPU调度，不占用CPU。

如何理解进程的 Z 状态？

Z（Zombie）僵尸状态。
子进程执行结束，子进程描述符保留在操作系统进程表中。
子进程不能通过发送信号杀死，需要通过父进程调用 wait() 或 waitpid() 来获取其退出状态信息后，操作系统释放进程描述符。
父进程执行结束，操作系统也会释放子僵尸进程描述符。
不占用CPU和内存资源，占用进程表中的一个进程描述符。

如何理解父进程执行结束，操作系统也会释放子僵尸进程描述符？

操作系统检测到父进程结束。
将僵尸子进程PPID改为1，即 init 进程的PID。
init进程会定期调用 wait() 或 waitpid() 系统调用来获取僵尸子进程的退出状态，操作系统释放僵尸子进程资源（包括文件描述符），结束这些僵尸子进程的生命周期。

如何理解进程的 I 状态？

如何理解进程的 T 状态？

如何理解平均负载？

单位时间内，系统处于 R状态（正在使用 CPU 或者正在等待 CPU 的进程）和 D状态（不可中断睡眠状态的进程）的平均进程数。

如何理解 uptime 的运行结果？如何判断结果是否正常或异常？

TUPIAN

$ uptime
02:34:03 up 2 days, 20:14,  1 user,  load average: 0.63, 0.83, 0.88

正常情况：

平均负载数值 / CPU逻辑核心数 < 70%。
分析趋势：1 分钟、5 分钟、15 分钟的三个值基本相同，或者相差不大。

异常情况：

平均负载数值 / CPU逻辑核心数 > 70%。
分析趋势：1 分钟、5 分钟、15 分钟的三个值递减，说明最近这段时间负载在增加，一旦 1 分钟的平均负载接近或超过了逻辑 CPU 的个数，就意味着系统正在发生过载问题，需要分析问题并进行优化。

如何理解CPU使用率？

如何理解CPU使用率和平均负载的关系？

场景	CPU使用率	平均负载
CPU密集型进程	↑（CPU实际使用率会升高。）	↑（正在使用CPU的进程数增加。）
IO密集型	—（IO操作不会占用CPU。）	↑（等待IO，不可中断睡眠状态进程数增加。）
大量等待CPU调度的进程	↑（大量进程在进行上下文切换，会消耗CPU，CPU并没有在真正的执行进程指令。）	↑（等待CPU调度的进程数增加。）