CPU利用率和CPU負載的區(qū)別是什么
提到CPU利用率，就必須理解時間片。什么是CPU時間片？我們現(xiàn)在所使用的Windows、Linux、Mac OS都是“多任務操作系統(tǒng)”，就是說他們可以“同時”運行多個程序，比如一邊打開Chrome瀏覽器瀏覽網頁還能一邊聽音樂。
但是，實際上一個CPU內核在同一時刻只能干一件事，那操作系統(tǒng)是如何實現(xiàn)“多任務”的呢？大概的方法是讓多個進程輪流使用CPU一小段時間，由于這個“一小段時間”很短(在linux上為5ms-800ms之間)，用戶感覺不到，就好像是幾個程序同時在運行了。上面提到的“一小段時間”就是我們所說的CPU時間片，CPU的現(xiàn)代分時多任務操作系統(tǒng)對CPU都是分時間片使用的。
CPU使用率，就是程序對CPU時間片的占用情況，即CPU使用率 = CPU時間片被程序使用的時間 / 總時間。比如A進程占用10ms，然后B進程占用30ms，然后空閑60ms，再又是A進程占10ms，B進程占30ms，空閑60ms，如果在一段時間內都是如此，那么這段時間內的CPU占用率為40%。CPU利用率顯示的是程序在運行期間實時占用的CPU百分比。
大多數(shù)操作系統(tǒng)的CPU占用率分為用戶態(tài)CPU使用率和系統(tǒng)態(tài)CPU使用率。用戶態(tài)CPU使用率是指執(zhí)行應用程序代碼的時間占總CPU時間的百分比。相比而言，系統(tǒng)態(tài)CPU使用率是指應用執(zhí)行操作系統(tǒng)調用的時間占總CPU時間的百分比。系統(tǒng)態(tài)的CPU使用率高意味著共享資源有競爭或者I/O設備之間有大量的交互。
而CPU負載顯示的是一段時間內正在使用和等待使用CPU的平均任務數(shù)。
簡單理解，一個是CPU的實時使用情況，一個是CPU的當前以及未來一段時間的使用情況。舉例來說：如果我有一個程序它需要一直使用CPU的運算功能，那么此時CPU的使用率可能達到100%，但是CPU的工作負載則是趨近于“1”，因為CPU僅負責一個工作嘛！如果同時執(zhí)行這樣的程序兩個呢？CPU的使用率還是100%，但是工作負載則變成2了。所以也就是說，CPU的工作負載越大，代表CPU必須要在不同的工作之間進行頻繁的工作切換。無論CPU的利用率是高是低，跟后面有多少任務在排隊(CPU負載)沒有必然關系。
如果單核CPU的話，負載達到1就代表CPU已經達到滿負荷的狀態(tài)了，超過1，后面的進行就需要排隊等待處理了。如果是是多核多CPU，假設現(xiàn)在服務器是2個CPU，每個CPU有2個核，那么總負載不超過4都沒什么問題。
可以通過uptime、w命令查看CPU平均負載，使用top命令還能看到CPU負載總體使用率以及各個進程占用CPU的比例。
查看物理CPU個數(shù)
cat /proc/cpuinfo| grep “physical id”| sort | uniq| wc -l
查看每個物理CPU中core的個數(shù)(即核數(shù))
cat /proc/cpuinfo| grep “cpu cores” | uniq
查看邏輯CPU的個數(shù)
cat /proc/cpuinfo| grep “processor”| wc -l
如果CPU負載很高，利用率卻很低該怎么辦
CPU負載很高，利用率卻很低，說明處于等待狀態(tài)的任務很多，負載越高，代表可能很多僵死的進程。通常這種情況是IO密集型的任務，大量任務在請求相同的IO，導致任務隊列堆積。
生產環(huán)境造成CPU利用率低負載高的具體場景常見的有如下幾種。
場景一：磁盤讀寫請求過多就會導致大量I/O等待
進程在cpu上面運行需要訪問磁盤文件，這個時候cpu會向內核發(fā)起調用文件的請求，讓內核去磁盤取文件，這個時候cpu會切換到其他進程或者空閑，這個任務就會轉換為不可中斷睡眠狀態(tài)。當這種讀寫請求過多就會導致不可中斷睡眠狀態(tài)的進程過多，從而導致負載高，cpu低的情況。
場景二：MySQL中存在沒有索引的語句或存在死鎖等情況
我們都知道MySQL的數(shù)據(jù)是存儲在硬盤中，如果需要進行sql查詢，需要先把數(shù)據(jù)從磁盤加載到內存中。當在數(shù)據(jù)特別大的時候，如果執(zhí)行的sql語句沒有索引，就會造成掃描表的行數(shù)過大導致I/O阻塞，或者是語句中存在死鎖，也會造成I/O阻塞，從而導致不可中斷睡眠進程過多，導致負載過大。
同樣，可以先通過top命令觀察，假設發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在確實是高負載低使用率。
然后，再通過命令ps -aux查看是否存在狀態(tài)為D的進程，這個狀態(tài)指的就是不可中斷的睡眠狀態(tài)的進程。處于這個狀態(tài)的進程無法終止，也無法自行退出，只能通過恢復其依賴的資源或者重啟系統(tǒng)來解決。以下圖中沒有D狀態(tài)的進程。
Linux上進程的五種狀態(tài)
R (TASK_RUNNING)：可執(zhí)行狀態(tài)，只有在該狀態(tài)的進程才可能在CPU上運行。而同一時刻可能有多個進程處于可執(zhí)行狀態(tài)。
S (TASK_INTERRUPTIBLE)：可中斷的睡眠狀態(tài)，處于這個狀態(tài)的進程因為等待某某事件的發(fā)生（比如等待socket連接、等待信號量），而被掛起。
D (TASK_UNINTERRUPTIBLE)：不可中斷的睡眠狀態(tài)，進程處于睡眠狀態(tài)，但是此刻進程是不可中斷的。TASK_UNINTERRUPTIBLE狀態(tài)存在的意義就在于，內核的某些處理流程是不能被打斷的。
T (TASK_STOPPED or TASK_TRACED)：暫停狀態(tài)或跟蹤狀態(tài)。
Z (TASK_DEAD - EXIT_ZOMBIE)：退出狀態(tài)，進程成為僵尸進程。進程已終止，但進程描述還在，直到父進程調用wait4()系統(tǒng)調用后釋放。
CPU利用率達到100%怎么排查問題
1、通過top找到CPU占用率高的進程
2、通過top -Hp pid命令查看CPU占比靠前的線程ID
3、再把線程ID轉化為16進制，printf “0x%x\n” 74317，得到0x1224d
4、通過命令jstack 72700 | grep ‘0x1224d’ -C5 --color找到有問題的代碼
注意：jstack的對象是java進程的PID，而不是java線程的PID。
