Linux 面试最高频的 5 个基本问题

提到CPU利用率，就必须理解时间片。

什么是CPU时间片？我们现在所使用的Windows、Linux、Mac OS都是“多任务操作系统”，就是说他们可以“同时”运行多个程序，比如一边打开Chrome浏览器浏览网页还能一边听音乐。

但是，实际上一个CPU内核在同一时刻只能干一件事，那操作系统是如何实现“多任务”的呢？

大概的方法是让多个进程轮流使用CPU一小段时间，由于这个“一小段时间”很短(在linux上为5ms-800ms之间)，用户感觉不到，就好像是几个程序同时在运行了。

上面提到的“一小段时间”就是我们所说的CPU时间片，CPU的现代分时多任务操作系统对CPU都是分时间片使用的。

CPU使用率，就是程序对CPU时间片的占用情况，即CPU使用率 = CPU时间片被程序使用的时间 / 总时间。

比如A进程占用10ms，然后B进程占用30ms，然后空闲60ms，再又是A进程占10ms，B进程占30ms，空闲60ms，如果在一段时间内都是如此，那么这段时间内的CPU占用率为40%。CPU利用率显示的是程序在运行期间实时占用的CPU百分比。

大多数操作系统的CPU占用率分为用户态CPU使用率和系统态CPU使用率。

用户态CPU使用率是指执行应用程序代码的时间占总CPU时间的百分比。

相比而言，系统态CPU使用率是指应用执行操作系统调用的时间占总CPU时间的百分比。系统态的CPU使用率高意味着共享资源有竞争或者I/O设备之间有大量的交互。

而CPU负载显示的是一段时间内正在使用和等待使用CPU的平均任务数。

简单理解，一个是CPU的实时使用情况，一个是CPU的当前以及未来一段时间的使用情况。

举例来说：如果我有一个程序它需要一直使用CPU的运算功能，那么此时CPU的使用率可能达到100%，但是CPU的工作负载则是趋近于“1”，因为CPU仅负责一个工作嘛！

如果同时执行这样的程序两个呢？CPU的使用率还是100%，但是工作负载则变成2了。

所以也就是说，CPU的工作负载越大，代表CPU必须要在不同的工作之间进行频繁的工作切换。无论CPU的利用率是高是低，跟后面有多少任务在排队(CPU负载)没有必然关系。

如果单核CPU的话，负载达到1就代表CPU已经达到满负荷的状态了，超过1，后面的进行就需要排队等待处理了。如果是是多核多CPU，假设现在服务器是2个CPU，每个CPU有2个核，那么总负载不超过4都没什么问题。

可以通过uptime、w命令查看CPU平均负载，使用top命令还能看到CPU负载总体使用率以及各个进程占用CPU的比例。

查看物理CPU个数

cat /proc/cpuinfo| grep “physical id”| sort | uniq| wc -l

查看每个物理CPU中core的个数(即核数)

cat /proc/cpuinfo| grep “cpu cores” | uniq

查看逻辑CPU的个数

cat /proc/cpuinfo| grep “processor”| wc -l

CPU负载很高，利用率却很低，说明处于等待状态的任务很多，负载越高，代表可能很多僵死的进程。

通常这种情况是IO密集型的任务，大量任务在请求相同的IO，导致任务队列堆积。

生产环境造成CPU利用率低负载高的具体场景常见的有如下几种。

进程在cpu上面运行需要访问磁盘文件，这个时候cpu会向内核发起调用文件的请求，让内核去磁盘取文件，这个时候cpu会切换到其他进程或者空闲，这个任务就会转换为不可中断睡眠状态。

当这种读写请求过多就会导致不可中断睡眠状态的进程过多，从而导致负载高，cpu低的情况。

我们都知道MySQL的数据是存储在硬盘中，如果需要进行sql查询，需要先把数据从磁盘加载到内存中。

当在数据特别大的时候，如果执行的sql语句没有索引，就会造成扫描表的行数过大导致I/O阻塞，或者是语句中存在死锁，也会造成I/O阻塞，从而导致不可中断睡眠进程过多，导致负载过大。

同样，可以先通过top命令观察，假设发现现在确实是高负载低使用率。

然后，再通过命令ps -aux查看是否存在状态为D的进程，这个状态指的就是不可中断的睡眠状态的进程。

处于这个状态的进程无法终止，也无法自行退出，只能通过恢复其依赖的资源或者重启系统来解决。

以下图中没有D状态的进程。

Linux上进程的五种状态

R (TASK_RUNNING)：可执行状态，只有在该状态的进程才可能在CPU上运行。而同一时刻可能有多个进程处于可执行状态。
S (TASK_INTERRUPTIBLE)：可中断的睡眠状态，处于这个状态的进程因为等待某某事件的发生（比如等待socket连接、等待信号量），而被挂起。
D (TASK_UNINTERRUPTIBLE)：不可中断的睡眠状态，进程处于睡眠状态，但是此刻进程是不可中断的。TASK_UNINTERRUPTIBLE状态存在的意义就在于，内核的某些处理流程是不能被打断的。
T (TASK_STOPPED or TASK_TRACED)：暂停状态或跟踪状态。
Z (TASK_DEAD - EXIT_ZOMBIE)：退出状态，进程成为僵尸进程。进程已终止，但进程描述还在，直到父进程调用wait4()系统调用后释放。