讀：本文翻譯自 Brendan Gregg 去年的一篇博客文章 “CPU Utilization is Wrong”，從標(biāo)題就能想到這篇文章將會引起爭議。文章一上來就說，我們“人人皆用、處處使用，每個性能監(jiān)控工具里都在用”的 top 命令里的 “%CPU” 指標(biāo)，是不對的，其并非用于衡量 CPU 的繁忙程度的正確指標(biāo)，作者譴責(zé)了一下眾人(或許也包括你我)的這一行為是具有很大的誤導(dǎo)性(deeply misleading)的，而且這種情況還在連年惡化。對于這么大一頂帽子，讓我們暫且按下躁動的心，聽聽作者是怎么深入闡釋他的觀點的。
可能你認(rèn)為的 90% CPU 利用率意味著這樣的情形：
而實際卻可能是這樣的：
CPU 并非 90% 的時間都在忙著，很大一部分時間在等待，或者說“停頓(Stalled)”了。這種情況表示處理器流水線停頓，一般由資源競爭、數(shù)據(jù)依賴等原因造成。多數(shù)情況下表現(xiàn)為等待訪存操作，其中又以讀操作為主。在停頓周期內(nèi)，不能執(zhí)行指令，這意味著你的程序不往前走。
值得注意的是，圖中 “Stalled” 狀態(tài)所占的比例是作者依據(jù)生產(chǎn)環(huán)境中的典型場景計算而來，具有普遍現(xiàn)實意義。因此，大多時候 CPU 處于停頓狀態(tài)，而你卻不知道，因為 CPU 利用率這個指標(biāo)沒有告訴你真相。通過進一步分析 CPU 停頓的原因，可以指導(dǎo)代碼優(yōu)化，提高執(zhí)行效率，這是我們深入理解CPU微架構(gòu)的動力之一。
在 PMC(Performance Monitoring Counters) 的幫助下，我們能看到更多的 CPU 運行狀態(tài)信息。下圖中，perf 采集了10秒內(nèi)全部 CPU 的運行狀態(tài)。
這里我們重點關(guān)注的核心度量指標(biāo)是 IPC(instructions per cycle)，它表示平均每個 CPU cycle 執(zhí)行的指令數(shù)量，很顯然該數(shù)值越大性能越好。上圖中IPC 為 0.78，看起來還不錯，是不是 78% busy 呢？現(xiàn)代處理器一般有多條流水線，運行 perf 的那臺機器，IPC 的理論值可達到 4.0。
如果我們從 IPC的角度來看，這臺機器只運行到其處理器最高速度的 19.5%（0.78 / 4.0)。幸運的是，在處理器內(nèi)部，有很多 PMU event，可用來幫助我們分析造成 CPU stall 的原因。用好 PMU 需要我們熟悉處理器微架構(gòu)，可以參考 Intel SDM。
作者認(rèn)為，性能工具中使用 %CPU 時都應(yīng)該附帶上 IPC，或者將 %CPU 拆分為指令執(zhí)行消耗 cycle(%INS) 和 stalled 的 cycle(%STL)。對應(yīng)到 top，在 Linux 系統(tǒng)有一個能夠顯示每個處理器 IPC 的工具 tiptop:
這篇文章引起了大量留言：
http://www.brendangregg.com/blog/2017-05-09/cpu-utilization-is-wrong.html 的留言欄;
https://news.ycombinator.com/item?id=14301739
https://www.reddit.com/r/programming/comments/6a6v8g/cpu_utilization_is_wrong/
總結(jié)下作者的回答是：這里討論的并不是 iowait (那是磁盤IO)，而且如果你已經(jīng)確認(rèn)是訪存密集型，是有些處理辦法（參考上面）。
那么 CPU 利用率指標(biāo)是確確實實錯誤的，還是只是容易誤導(dǎo)？如作者前面所說，他認(rèn)為許多人把高 CPU 利用率理解為瓶頸在 CPU 上，這一行為才是錯誤的；
其實單看 CPU 利用率并不清楚瓶頸在何處，很多時候瓶頸是在外部。這個指標(biāo)技術(shù)上看是否正確？如果 CPU stall 的周期并不能被其他地方使用，它們是不是也就因此是“忙于等待“（聽起來有點矛盾）？在有些情況，確實如此，你可以說 CPU 利用率作為操作系統(tǒng)級別的指標(biāo)技術(shù)上看是對的，但是容易產(chǎn)生誤導(dǎo)。
從另一個角度來說，有超線程的情況下，那些 stalled 的周期是可以被其他線程使用的，這時 “%CPU” 可能會將可用的周期統(tǒng)計為正在使用，這種情況是錯誤的。這篇文章作者想關(guān)注的是解釋清楚這個問題，并給出解決方法建議，但沒錯，CPU 利用率這個指標(biāo)本身也是存在一些問題的。
當(dāng)你可能會說利用率作為一個指標(biāo)已經(jīng)不對，Andrian Cockcroft之前討論已經(jīng)指出過 (http://www.hpts.ws/papers/2007/Cockcroft_HPTS-Useless.pdf )。
果您近期發(fā)現(xiàn)電腦的CPU占用率過高，別著急，這可能并不是你應(yīng)用程序的問題，而罪魁禍?zhǔn)卓赡芴幵谀愕南到y(tǒng)端。源于 Windows 10 2019 五月（Version 1903）發(fā)布的累積更新。
根據(jù)微軟的說法，問題出在SearchUI.exe 這款應(yīng)用程序上。目前正在調(diào)查用戶在安裝了8月30日的可選更新（KB4512941）后，上報的與SeachUI.EXE相關(guān)的CPU使用率過高問題，將在即將發(fā)布的更新中修復(fù)。
不過，微軟未透露遭遇性能問題的設(shè)備數(shù)量，但表示該問題僅影響Windows 10 1903，并不涉及其它Windows 10版本。需要指出的是，即便重啟了PC，似乎也無法解決這個性能問題。若你在啟動到桌面后遭遇高CPU使用率問題，請考慮卸載掉KB4512941，或等待官方的正式解決方案。
編輯點評：
如上文所述的問題其實不是個大問題，大家也不必驚慌， 如果中招暫時的解決方案就是避免耗費CPU資源的應(yīng)用，相信官方很快就會拿出解決方案。
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服務(wù)器的運行中，關(guān)于內(nèi)存和 CPU 的合理占用率是一個關(guān)鍵問題。以下是一些通常的配置范圍建議：
建議服務(wù)器的 CPU 使用率不高于 80%，內(nèi)存使用率也不高于 80%。但需要注意的是，具體的合理占用情況還需依據(jù)服務(wù)器的實際負(fù)載以及應(yīng)用場景來準(zhǔn)確判斷。
內(nèi)存使用率方面：
這里所指的內(nèi)存是物理內(nèi)存，而非頁面內(nèi)存。如果內(nèi)存使用率長期處于 80%以上，意味著服務(wù)器的內(nèi)存資源相當(dāng)緊張，在高峰時段可能會面臨系統(tǒng)崩潰的風(fēng)險。此時，可以考慮增加內(nèi)存容量，或者對應(yīng)用程序內(nèi)存使用進行優(yōu)化。更多配置網(wǎng)頁搜218.0.48.3:8802
相反，如果內(nèi)存使用率長期低于 30%，則表明服務(wù)器的內(nèi)存資源未得到充分利用，存在一定的浪費現(xiàn)象。這種情況下，可以考慮降低內(nèi)存容量，或者部署更多的應(yīng)用來提升內(nèi)存的利用率。
CPU 使用率方面：
若 CPU 使用率長期高于 80%，說明服務(wù)器的 CPU 資源較為緊張，可能會導(dǎo)致性能下降，在高峰期甚至有系統(tǒng)崩潰的危險。此種狀況下，建議考慮升級 CPU ，或者對程序代碼進行優(yōu)化以改善 CPU 的使用情況。
然而，如果 CPU 使用率長期低于 20%，則表示服務(wù)器的 CPU 資源沒有被充分利用，同樣存在浪費現(xiàn)象。這時，可以考慮降低 CPU 規(guī)格。