1 CPU性能指标
1.1 CPU 使用率： 显示CPU在用户态、内核态、空闲和等待I/O等状态下的时间占比。
1.2 上下文切换: 显示进程在CPU上切换的频率，过高的上下切换可能导致性能下降。
1.3 CPU负载： 显示系统中等待运行和等待IO的进程数，可以反映CPU的繁忙程度。
1.4 CPU缓存命中率：显示CPU缓存访问的成功率，高的缓存命中率表示性能更高。
2 CPU分析工具
2.1 top
root@u24-ebpf-100:~# ps aux|head
USER PID %CPU %MEM VSZ RSS TTY STAT START TIME COMMAND
root 1 0.1 0.3 22408 13336 ? Ss 08:44 0:07 /sbin/init
root 2 0.0 0.0 0 0 ? S 08:44 0:00 [kthreadd]
USER
进程的所有者（启动该进程的用户）。
PID
进程的唯一标识符（Process ID）。
%CPU
进程占用 CPU 的时间百分比（多核环境下可能超过 100%）。
%MEM
进程占用物理内存的百分比。
VSZ (Virtual Memory Size)
进程使用的虚拟内存大小（单位：KB）。包含进程可能访问的所有内存（包括交换分区和库文件）。
RSS (Resident Set Size)
进程实际使用的物理内存大小（单位：KB）。不包括交换分区和共享库。
TTY
进程关联的终端（终端设备名）：
?：进程与终端无关（如守护进程）。
ttyN：物理终端。
pts/N：伪终端（如 SSH 连接或终端模拟器）。
STAT
进程状态代码（由多个字母组合）：
R (Running)：正在运行或可运行（在运行队列中）。
S (Sleeping)：可中断的休眠（等待事件完成）。
D (Uninterruptible Sleep)：不可中断的休眠（通常等待 I/O）。
Z (Zombie)：僵尸进程（已终止但未被父进程回收）。
T (Stopped)：进程被信号暂停（如 Ctrl+Z）。
<：高优先级进程。
N：低优先级进程。
s：会话领导者（管理一组进程）。
l：多线程进程。
+：前台进程组。
START
进程启动的时间（若超过 24 小时则显示日期）。
TIME
进程使用的累计 CPU 时间（格式：分钟:秒）。
COMMAND
启动进程的命令名称或命令行参数：
[xxx]：内核线程（如 [kworker]）。
案例一：按CPU使用率降序
root@u24-ebpf-100:~# ps aux --sort=-%cpu|head
USER PID %CPU %MEM VSZ RSS TTY STAT START TIME COMMAND
root 9189 300 0.1 11016 4516 pts/2 R+ 10:34 0:00 ps aux --sort=-%cpu
mysql 7914 1.9 10.3 1756000 408368 ? Sl 09:04 1:43 /usr/local/mysql-8.0.42/bin/mysqld --defaults-file=/etc/my.cnf
root 746 0.5 0.2 242148 9076 ? Ssl 08:44 0:35 /usr/bin/vmtoolsd
root 8939 0.1 0.0 0 0 ? I 10:01 0:03 [kworker/0:2-events]
root 9057 0.1 0.0 0 0 ? I 10:20 0:01 [kworker/1:3-events]
root 9036 0.1 1.0 476896 40612 ? Ssl 10:18 0:01 /usr/libexec/fwupd/fwupd
root 1 0.1 0.3 22408 13336 ? Ss 08:44 0:07 /sbin/init
root 8748 0.0 0.0 0 0 ? I 09:54 0:02 [kworker/0:1-events]
root 8073 0.0 0.2 14940 10584 ? Ss 09:23 0:02 sshd: root@pts/1,pts/0
案例二：按内存使用率降序
root@u24-ebpf-100:~# ps aux --sort=-%mem|head
USER PID %CPU %MEM VSZ RSS TTY STAT START TIME COMMAND
mysql 7914 1.9 10.3 1756000 408368 ? Sl 09:04 1:44 /usr/local/mysql-8.0.42/bin/mysqld --defaults-file=/etc/my.cnf
root 9036 0.1 1.0 476896 40612 ? Ssl 10:18 0:01 /usr/libexec/fwupd/fwupd
root 472 0.0 0.6 354524 27408 ? SLsl 08:44 0:02 /sbin/multipathd -d -s
root 434 0.0 0.4 50760 17176 ? S<s 08:44 0:01 /usr/lib/systemd/systemd-journald
root 843 0.0 0.3 468984 13444 ? Ssl 08:44 0:00 /usr/libexec/udisks2/udisksd
root 1 0.1 0.3 22408 13336 ? Ss 08:44 0:07 /sbin/init
systemd+ 651 0.0 0.3 21580 12928 ? Ss 08:44 0:00 /usr/lib/systemd/systemd-resolved
root 1016 0.0 0.3 392092 12880 ? Ssl 08:44 0:00 /usr/sbin/ModemManager
2.2 uptime 展示系统负载平均值和系统运行时间
root@u24-ebpf-100:~# uptime
10:38:01 up 1:53, 2 users, load average: 0.00, 0.00, 0.00
当前时间
10:30:45：系统的当前时间（格式为 时:分:秒）。
系统运行时间
up 15 days, 3:22：系统自上次启动后已连续运行的时间。
格式可能为 days + 小时:分钟，或仅 分钟（若运行时间不足 1 天）。
当前登录用户数
2 users：当前登录到系统的用户数（通过终端、SSH 等）。
每个用户可能打开多个终端会话，但此处统计的是独立用户。
系统平均负载（Load Average）
load average: 0.08, 0.03, 0.01：过去 1 分钟、5 分钟、15 分钟的平均负载。
#top 按进程展示CPU使用时间，以及系统层面的CPU模式
root@u24-ebpf-100:~# top
top - 14:30:45 up 15 days, 3:22, 2 users, load average: 0.08, 0.03, 0.01
Tasks: 250 total, 1 running, 249 sleeping, 0 stopped, 0 zombie
%Cpu(s): 5.6 us, 2.3 sy, 0.0 ni, 91.9 id, 0.1 wa, 0.0 hi, 0.1 si, 0.0 st
MiB Mem : 15918.8 total, 2041.2 free, 5120.5 used, 8757.1 buff/cache
MiB Swap: 2048.0 total, 2047.5 free, 0.5 used. 10500.2 avail Mem
PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
1234 user 20 0 1023448 245000 45600 S 2.5 3.2 2:30.67 firefox
1 root 20 0 169320 13140 8920 S 0.0 0.1 0:15.23 systemd
第一部分：系统概览信息
1. 第一行：系统状态汇总
bash
top - 14:30:45 up 15 days, 3:22, 2 users, load average: 0.08, 0.03, 0.01
14:30:45：当前系统时间。
up 15 days, 3:22：系统已运行的时间（同 uptime 命令的输出）。
2 users：当前登录系统的用户数。
load average：过去 1、5、15 分钟的平均负载（详见 uptime 详解）。
2. 第二行：任务统计
bash
Tasks: 250 total, 1 running, 249 sleeping, 0 stopped, 0 zombie
total：总进程数。
running：正在运行（或等待 CPU）的进程数。
sleeping：休眠中的进程（等待事件触发）。
stopped：被信号暂停的进程（如 Ctrl+Z）。
zombie：僵尸进程（已终止但未被父进程回收的进程）。
3. 第三行：CPU 使用率
bash
%Cpu(s): 5.6 us, 2.3 sy, 0.0 ni, 91.9 id, 0.1 wa, 0.0 hi, 0.1 si, 0.0 st
us (user)：用户空间进程的 CPU 占用百分比（如应用程序）。
sy (system)：内核空间进程的 CPU 占用百分比（如系统调用）。
ni (nice)：调整过优先级的用户进程 CPU 占用。
id (idle)：CPU 空闲时间百分比。
wa (iowait)：等待 I/O 操作完成的 CPU 时间百分比（高值可能表示磁盘瓶颈）。
hi (hardware IRQ)：硬件中断占用的 CPU 时间。
si (software IRQ)：软件中断占用的 CPU 时间。
st (steal time)：虚拟机被宿主机“偷走”的 CPU 时间（仅虚拟化环境）。
4. 第四行和第五行：内存和交换空间
bash
MiB Mem : 15918.8 total, 2041.2 free, 5120.5 used, 8757.1 buff/cache
MiB Swap: 2048.0 total, 2047.5 free, 0.5 used. 10500.2 avail Mem
total：总内存/交换空间大小。
free：完全未使用的内存。
used：已使用的内存（包括缓存和缓冲区）。
buff/cache：内核缓存和缓冲区占用的内存（可被快速释放供程序使用）。
avail Mem：估算的可用内存（包含缓存和缓冲区的可回收部分）。
第二部分：进程列表
各列含义
列名 说明
PID 进程的唯一标识符（Process ID）。
USER 进程的所有者（启动该进程的用户）。
PR 进程的优先级（Priority），值越小优先级越高。
NI Nice 值（-20 到 19），用于调整优先级（负值提高优先级，正值降低）。
VIRT 进程使用的虚拟内存总量（包括共享库、未映射内存等，单位 KiB 或 MiB）。
RES 进程实际使用的物理内存（单位 KiB 或 MiB）。
SHR 进程使用的共享内存大小（如共享库）。
S 进程状态（同 ps）：
- R=运行，S=休眠，D=不可中断休眠，
- Z=僵尸，T=暂停。
%CPU 进程占用的 CPU 百分比（多核可能超过 100%）。
%MEM 进程占用的物理内存百分比。
TIME+ 进程使用的累计 CPU 时间（格式：分:秒.毫秒）。
COMMAND 启动进程的命令名称或命令行参数（-c 选项显示完整命令）。
2.3 mpstat 按每个CPU展示CPu统计数据指标
apt install systat
root@u24-ebpf-100:~# mpstat -P ALL 1 1
Linux 6.11.0-25-generic (u24-ebpf-100) 05/27/2025 _x86_64_ (2 CPU)
10:50:59 AM CPU %usr %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %guest %gnice %idle
10:51:00 AM all 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00
10:51:00 AM 0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00
10:51:00 AM 1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00
Average: CPU %usr %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %guest %gnice %idle
Average: all 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00
Average: 0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00
Average: 1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00
输出列详解
列名 说明
CPU CPU 核心编号（all 表示总体平均值）。
%usr 用户空间进程的 CPU 使用率（未调整优先级的应用程序）。
%nice 调整过优先级（nice 值）的用户进程 CPU 使用率。
%sys 内核空间进程的 CPU 使用率（系统调用、中断处理等）。
%iowait CPU 等待 I/O 操作完成的时间占比（高值可能表示磁盘或网络瓶颈）。
%irq 处理硬件中断的时间占比。
%soft 处理软件中断（如网络数据包、定时器）的时间占比。
%steal 在虚拟化环境中，被宿主机“偷走”的 CPU 时间（资源争抢时增加）。
%guest 运行虚拟化客户机（Guest OS）的时间占比。
%gnice 运行调整过优先级的虚拟化客户机的时间占比（较新内核支持）。
%idle CPU 空闲时间占比。
2.4 bpftrace
1. 高 CPU 使用率进程/函数定位
问题：某个进程或内核函数持续占用高 CPU。
bpftrace 脚本：
bash
# 统计按进程和内核函数聚合的 CPU 时间（每 5 秒输出一次）
sudo bpftrace -e 'profile:hz:99 /cpu/ { @[comm, kstack] = count(); } interval:s:5 { exit(); }'
输出示例：
bash
@[nginx,
__x64_sys_write+0
do_syscall_64+0x5d
entry_SYSCALL_64_after_hwframe+0x65
]: 12345
分析：显示 nginx 进程的 sys_write 系统调用消耗了大量 CPU 时间。
2. 上下文切换频繁
问题：频繁的进程/线程切换导致 CPU 浪费。
bpftrace 脚本：
bash
# 统计进程的上下文切换次数（按进程名聚合）
sudo bpftrace -e 'tracepoint:sched:sched_switch { @[comm] = count(); }'
优化建议：减少线程数、使用无锁数据结构或协程。