Linux CPU加压工具：提升系统处理能力的必备利器 (linux cpu加压工具)
在现代社会中，计算机已经成为人们生活中不可或缺的一部分。作为一个开放源代码的操作系统，Linux在计算机领域中已经占据了相当大的市场份额。但是，在进行复杂计算或运行大型程序时，系统的处理能力很可能会受到限制，从而无法顺畅地工作。因此，为了提高Linux系统的处理性能和响应速度，开发了一些CPU加压工具。下面将详细介绍这些工具的作用，原理和使用方法。
1. 什么是CPU加压工具？
CPU加压工具是一种用于检测和提升操作系统处理能力的软件工具。它可以在不同运行时条件下模拟大量的工作负载，从而测试出系统在不同负载下的性能表现。同时，它也可以为用户提供一些测试工具来模拟不同负载环境，以判断系统的性能是否满足用户的需求。CPU加压工具在测试系统的稳定性、安全性以及性能表现时，是非常重要的。
2. CPU加压工具的原理是什么？
CPU加压工具可以通过访问操作系统的API和测试工具来模拟机器的工作负载，以测试系统在不同负载下的性能表现。这些工具可以模拟多个线程并行执行，确保系统在高负载下仍能正常运行。
使用CPU加压工具的好处是可以发现隐藏的软件和硬件的瓶颈，以及测试系统在极端负载下的稳定性。这些工具也可以帮助用户优化系统资源，提高响应速度和性能表现，最终提高用户的满意度。
3. CPU加压工具的使用方法
一般来说，CPU加压工具使用起来并不复杂，只需要按照下面的步骤进行操作即可：
1. 确定测试的场景和目标，配置正确的测试参数，例如CPU使用率、I/O负载等。
2. 运行测试并观察系统的响应结果，测试结果一般包括响应时间、吞吐量等。
3. 根据测试结果和测试场景进行调整，优化系统参数和架构，提高系统性能和响应速度。
在使用CPU加压工具时，需要注意以下几点：
（1）在进行测试之前，需要验证测试场景和目标，确保测试结果反映了真实的处理性能和负载情况。
（2）确保系统在测试之前有足够的资源，以确保不会影响正在运行的业务。
（3）在测试期间，需要密切关注系统响应时间和资源使用情况，以确保系统运行稳定，并尽可能减少对正在运行的业务的干扰。
（4）在测试完成后，需要对测试结果进行分析，优化系统配置和架构，以提高系统的处理性能和响应速度。
4. 常见的CPU加压工具有哪些？
常见的CPU加压工具包括下列五种：
（1）Stress工具
Stress工具是一个开源的Linux CPU压力测试工具，可以模拟CPU、I/O和内存的负载情况。它可以帮助用户测试服务器的承载能力，同时也可以用于测试新硬件和软件的性能表现。
（2）Syench工具
Syench工具也是一个广泛使用的开源Linux压力测试工具，它可以模拟CPU、I/O和内存等负载情况，并提供各种测试环境供用户选择。Syench工具也可以用于测试数据库的性能表现。
（3）Nmon工具
Nmon工具是一个Linux系统性能监控工具，可以帮助用户监控CPU、内存、网络以及磁盘等方面的系统性能表现。Nmon工具还提供了一个命令行界面，可以方便用户快速进行任意请求或操作。
（4）vmstat工具
vmstat工具是一个广泛使用的Linux系统工具，可以检测CPU和内存使用情况，并可生成报告。vmstat工具可以帮助用户追踪系统的性能表现，包括内存使用情况、I/O等。
（5）iostat工具
iostat工具可以帮助用户监控硬盘的性能表现，包括磁盘读写速度、I/O吞吐量等方面的表现。iostat工具也可以用于监控网络的流量、CPU使用情况等。
CPU加压工具是在测试系统稳定性、性能表现、安全性方面非常重要的软件工具。可以根据不同的测试目标选择相应的工具，以帮助优化系统配置、提高处理能力和响应速度，提高用户的满意度。
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一、前提
我们可以在文章的开始就列出一个列表，列出可能影响Linux操作系统性能的一些调优参数，但这样做其实并没有什么价值。因为性能调优是一个非常困难的任务，它要求对硬件、操作系统、和应用都有着相当深入的了解。如果性能调优非常简单的话，那些我们要列出的调优参数早就写入硬件的微码或者操作系统中了，我们就没有必要再继续读这篇文章了。正如下图所示，服务器的性能受到很多因素的影响。
当面对一个使用单独IDE硬盘的，有20230用户的数据库服务器时，即使我们使用数周时间去调整I/O子系统也是徒劳无功的，通常一个新的驱动或者应用程序的一个更新(如SQL优化)却可以使这个服务器的性能得到明显的提升。正如我们前面提到的，不要忘记系统的性能是受多方面因素影响的。理解操作系统管理系统资源的方法将帮助我们在面对问题时更好的判断应该对哪个子系统进行调整。
二、Linux的CPU调度
任何计算机的基本功能都十分简单，那就是计算。为了实现计算的功能就必须有一个方法去管理计算资源、处理器和计算任务(也被叫做线程或者进程)。非常感谢Ingo Molnar，他为Linux内核带来了O(1)CPU调度器，区别于旧有的O(n)调度器，新的调度器是动态的，可以支持负载均衡，并以恒定的速度进行操作。
新调度器的可扩展性非常好，无论进程数量或者处理器数量，并且调度器本身的系统开销更少。新调取器的算法使用两个优先级队列。
引用
・活动运行队列
・过期运行队列
调度器的一个重要目标是根据优先级权限有效地为进程分配CPU 时间片，当分配完成后它被列在CPU的运行队列中，除了 CPU 的运行队列之外，还有一个过期运行队列。当活动运行队列中的一个任务用光自己的时间片之后，它就被移动到过期运行队列中。在移动过程中，会对其时间片重新进行计算。喊猜如果活动运行队列中已经没有某个给定优先级的任务了，那么指向活动运行队列和过期运行队列的指针就会交换，这样就可以让过期优先级列表变成活动优先级的列表。通常交互式进程(相对与实时进程而言)都有一个较高的优先级，它占有更长的时间片，比低优先级的进程获得更多的计算时间，但通过调度器自身的调整并不会使低优先级的进程完全被饿死。新调度器的优势是显著的改变Linux内核的可扩展性，使新内核可以更好的处理一些有大量进程、大量处理器组成的企业级应用。新的O(1)调度器包含仔2.6内核中，但是也向下兼容2.4内核。
新调度器另外一个重要的优势是体现在对NUMA(non-uniform memory architecture)和P(symmetric multithreading processors)的支持上，例如INTEL@的超线程技术。
改进的NUMA支持保证了负载均衡不会发生在CECs或者NUMA节点之间，除非发生一个节闭瞎点的超出负载限度。
三、Linux的内存架构
今天我们面对选择32位操作系统还是64位操作系统的情况。对企业级用户它们之间更大的区别是64位操作系统可以支持大于4GB的内存寻址。从性能角度来讲，我们需要了解32位和64位操作系统都是如何进行物理内存和虚拟内存的映射的。
在上面图示中我们可以看到64位和32位Linux内核在寻址上有着显著的不同。
在32位架构中，比如IA-32，Linux内核可以直接寻址的范围只有物理内存的之一个GB(如果去掉保留部分还剩下896MB)，访问内存必须被映射到这小于1GB的所谓ZONE_NORMAL空间中，这个操作是由应用程序完成的。但是分配在ZONE_HIGHMEM中的内存页将导致性能的降低。
在另一方面，64位架构比如x86-64(也称作EM64T或者AMD64)。ZONE_NORMAL空间将扩展到64GB或者128GB(实际上可以更多，但是这个数值受到操作系统本身支持内存容量的限制)。正如我们看到的，使用64位操作系统我们排除了因ZONE_HIGHMEM部分内存对性能的影响的情况。
实际中，在32位架构下，由于上面所描述的内存寻址问题，对于大内存，高负载应用，会导致死机或严重缓慢等问题。虽然使用hugemen核心可缓解，但采取x86_64架构是更佳的解决办法。
四、虚拟内存管郑态型理
因为操作系统将内存都映射为虚拟内存，所以操作系统的物理内存结构对用户和应用来说通常都是不可见的。如果想要理解Linux系统内存的调优，我们必须了解Linux的虚拟内存机制。应用程序并不分配物理内存，而是向Linux内核请求一部分映射为虚拟内存的内存空间。如下图所示虚拟内存并不一定是映射物理内存中的空间，如果应用程序有一个大容量的请求，也可能会被映射到在磁盘子系统中的swap空间中。
另外要提到的是，通常应用程序不直接将数据写到磁盘子系统中，而是写入缓存和缓冲区中。Bdflush守护进程将定时将缓存或者缓冲区中的数据写到硬盘上。
Linux内核处理数据写入磁盘子系统和管理磁盘缓存是紧密联系在一起的。相对于其他的操作系统都是在内存中分配指定的一部分作为磁盘缓存，Linux处理内存更加有效，默认情况下虚拟内存管理器分配所有可用内存空间作为磁盘缓存，这就是为什么有时我们观察一个配置有数G内存的Linux系统可用内存只有20MB的原因。
同时Linux使用swap空间的机制也是相当高效率的，如上图所示虚拟内存空间是由物理内存和磁盘子系统中的swap空间共同组成的。如果虚拟内存管理器发现一个已经分配完成的内存分页已经长时间没有被调用，它将把这部分内存分页移到swap空间中。经常我们会发现一些守护进程，比如getty，会随系统启动但是却很少会被应用到。这时为了释放昂贵的主内存资源，系统会将这部分内存分页移动到swap空间中。上述就是Linux使用swap空间的机制，当swap分区使用超过50%时，并不意味着物理内存的使用已经达到瓶颈了，swap空间只是Linux内核更好的使用系统资源的一种方法。
简单理解：Swap usage只表示了Linux管理内存的有效性。对识别内存瓶颈来说，Swap In/Out才是一个比较又意义的依据，如果Swap In/Out的值长期保持在每秒200到300个页面通常就表示系统可能存在内存的瓶颈。下面的事例是好的状态：
引用
# vmstat
procs ———–memory————- —swap– —–io—- –system– —-cpu—-
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa
五、模块化的I/O调度器
就象我们知道的Linux2.6内核为我们带来了很多新的特性，这其中就包括了新的I/O调度机制。旧的2.4内核使用一个单一的I/O调度器，2.6 内核为我们提供了四个可选择的I/O调度器。因为Linux系统应用在很广阔的范围里，不同的应用对I/O设备和负载的要求都不相同，例如一个笔记本电脑和一个10000用户的数据库服务器对I/O的要求肯定有着很大的区别。
引用
(1).Anticipatory
anticipatory I/O调度器创建假设一个块设备只有一个物理的查找磁头(例如一个单独的SATA硬盘)，正如anticipatory调度器名字一样，anticipatory调度器使用“anticipatory”的算法写入硬盘一个比较大的数据流代替写入多个随机的小的数据流，这样有可能导致写 I/O操作的一些延时。这个调度器适用于通常的一些应用，比如大部分的个人电脑。
(2).Complete Fair Queuing (CFQ)
Complete Fair Queuing(CFQ)调度器是Red Flag DC Server 5使用的标准算法。CFQ调度器使用QoS策略为系统内的所有任务分配相同的带宽。CFQ调度器适用于有大量计算进程的多用户系统。它试图避免进程被饿死和实现了比较低的延迟。
(3).Deadline
deadline调度器是使用deadline算法的轮询的调度器，提供对I/O子系统接近实时的操作，deadline调度器提供了很小的延迟和维持一个很好的磁盘吞吐量。如果使用deadline算法请确保进程资源分配不会出现问题。
(4).NOOP
NOOP调度器是一个简化的调度程序它只作最基本的合并与排序。与桌面系统的关系不是很大，主要用在一些特殊的软件与硬件环境下，这些软件与硬件一般都拥有自己的调度机制对内核支持的要求很小，这很适合一些嵌入式系统环境。作为桌面用户我们一般不会选择它。
六、网络子系统
新的网络中断缓和(NAPI)对网络子系统带来了改变，提高了大流量网络的性能。Linux内核在处理网络堆栈时，相比降低系统占用率和高吞吐量更关注可靠性和低延迟。所以在某些情况下，Linux建立一个防火墙或者文件、打印、数据库等企业级应用的性能可能会低于相同配置的Windows服务器。
在传统的处理网络封包的方式中，如下图蓝色箭头所描述的，一个以太网封包到达网卡接口后，如果MAC地址相符合会被送到网卡的缓冲区中。网卡然后将封包移到操作系统内核的网络缓冲区中并且对CPU发出一个硬中断，CPU会处理这个封包到相应的网络堆栈中，可能是一个TCP端口或者Apache应用中。
这是一个处理网络封包的简单的流程，但从中我们可以看到这个处理方式的缺点。正如我们看到的，每次适合网络封包到达网络接口都将对CPU发出一个硬中断信号，中断CPU正在处理的其他任务，导致切换动作和对CPU缓存的操作。你可能认为当只有少量的网络封包到达网卡的情况下这并不是个问题，但是千兆网络和现代的应用将带来每秒钟成千上万的网络数据，这就有可能对性能造成不良的影响。
正是因为这个情况，NAPI在处理网络通讯的时候引入了计数机制。对之一个封包，NAPI以传统的方式进行处理，但是对后面的封包，网卡引入了POLL 的轮询机制：如果一个封包在网卡DMA环的缓存中，就不再为这个封包申请新的中断，直到最后一个封包被处理或者缓冲区被耗尽。这样就有效的减少了因为过多的中断CPU对系统性能的影响。同时，NAPI通过创建可以被多处理器执行的软中断改善了系统的可扩展性。NAPI将为大量的企业级多处理器平台带来帮助，它要求一个启用NAPI的驱动程序。在今天很多驱动程序默认没有启用NAPI，这就为我们调优网络子系统的性能提供了更广阔的空间。
七、理解Linux调优参数
因为Linux是一个开源操作系统，所以又大量可用的性能监测工具。对这些工具的选择取决于你的个人喜好和对数据细节的要求。所有的性能监测工具都是按照同样的规则来工作的，所以无论你使用哪种监测工具都需要理解这些参数。下面列出了一些重要的参数，有效的理解它们是很有用处的。
(1)处理器参数
引用
・CPU utilization
这是一个很简单的参数，它直观的描述了每个CPU的利用率。在xSeries架构中，如果CPU的利用率长时间的超过80%，就可能是出现了处理器的瓶颈。
・Runable processes
这个值描述了正在准备被执行的进程，在一个持续时间里这个值不应该超过物理CPU数量的10倍，否则CPU方面就可能存在瓶颈。
・Blocked
描述了那些因为等待I/O操作结束而不能被执行的进程，Blocked可能指出你正面临I/O瓶颈。
・User time
描述了处理用户进程的百分比，包括nice time。如果User time的值很高，说明系统性能用在处理实际的工作。
・System time
描述了CPU花费在处理内核操作包括IRQ和软件中断上面的百分比。如果system time很高说明系统可能存在网络或者驱动堆栈方面的瓶颈。一个系统通常只花费很少的时间去处理内核的操作。
・Idle time
描述了CPU空闲的百分比。
・Nice time
描述了CPU花费在处理re-nicing进程的百分比。
・Context switch
系统中线程之间进行交换的数量。
・Waiting
CPU花费在等待I/O操作上的总时间，与blocked相似，一个系统不应该花费太多的时间在等待I/O操作上，否则你应该进一步检测I/O子系统是否存在瓶颈。
・Interrupts
Interrupts 值包括硬Interrupts和软Interrupts，硬Interrupts会对系统性能带来更多的不利影响。高的Interrupts值指出系统可能存在一个软件的瓶颈，可能是内核或者驱动程序。注意Interrupts值中包括CPU时钟导致的中断(现代的xServer系统每秒1000个 Interrupts值)。
(2)内存参数
引用
・Free memory
相比其他操作系统，Linux空闲内存的值不应该做为一个性能参考的重要指标，因为就像我们之前提到过的，Linux内核会分配大量没有被使用的内存作为文件系统的缓存，所以这个值通常都比较小。
・Swap usage
这 个值描述了已经被使用的swap空间。Swap usage只表示了Linux管理内存的有效性。对识别内存瓶颈来说，Swap In/Out才是一个比较又意义的依据，如果Swap In/Out的值长期保持在每秒200到300个页面通常就表示系统可能存在内存的瓶颈。
・Buffer and cache
这个值描述了为文件系统和块设备分配的缓存。在Red Flag DC Server 5版本中,你可以通过修改/proc/sys/vm中的page_cache_tuning来调整空闲内存中作为缓存的数量。
・Slabs
描述了内核使用的内存空间，注意内核的页面是不能被交换到磁盘上的。
・Active versus inactive memory
提供了关于系统内存的active内存信息，Inactive内存是被kswapd守护进程交换到磁盘上的空间。
(3)网络参数
引用
・Packets received and sent
这个参数表示了一个指定网卡接收和发送的数据包的数量。
・Bytes received and sent
这个参数表示了一个指定网卡接收和发送的数据包的字节数。
・Collisions per second
这个值提供了发生在指定网卡上的网络冲突的数量。持续的出现这个值代表在网络架构上出现了瓶颈，而不是在服务器端出现的问题。在正常配置的网络中冲突是非常少见的，除非用户的网络环境都是由hub组成。
・Packets dropped
这个值表示了被内核丢掉的数据包数量，可能是因为防火墙或者是网络缓存的缺乏。
・Overruns
Overruns表达了超出网络接口缓存的次数，这个参数应该和packets dropped值联系到一起来判断是否存在在网络缓存或者网络队列过长方面的瓶颈。
・Errors 这个值记录了标志为失败的帧的数量。这个可能由错误的网络配置或者部分网线损坏导致，在铜口千兆以太网环境中部分网线的损害是影响性能的一个重要因素。
(4)块设备参数
引用
・Iowait
CPU等待I/O操作所花费的时间。这个值持续很高通常可能是I/O瓶颈所导致的。
・Average queue length
I/O请求的数量，通常一个磁盘队列值为2到3为更佳情况，更高的值说明系统可能存在I/O瓶颈。
・Average wait
响应一个I/O操作的平均时间。Average wait包括实际I/O操作的时间和在I/O队列里等待的时间。
・Transfers per second
描述每秒执行多少次I/O操作(包括读和写)。Transfers per second的值与kBytes per second结合起来可以帮助你估计系统的平均传输块大小，这个传输块大小通常和磁盘子系统的条带化大小相符合可以获得更好的性能。
・Blocks read/write per second
这个值表达了每秒读写的blocks数量，在2.6内核中blocks是1024bytes，在早些的内核版本中blocks可以是不同的大小，从512bytes到4kb。
・Kilobytes per second read/write
按照kb为单位表示读写块设备的实际数据的数量。
linux性能监控工具介绍
1、Glances
是一个监控工具，旨在以任何终端大小显示尽可能多的信息，它会自动采用它运行的终端窗口大小，换句话说，它是一个响应式监控工具。不仅显示有关CPU和内存使用情况的信息，还监控文件系统I/O、网络
I/O、硬件温度、风扇速度、磁盘使用情况和逻辑弯行族卷。
2、Sarg
是一个免费的开源工具，可作为Squid代理服务器的监控工具，它创建有关Squid代理服务器用户、IP地址、他们访问的站点以及其他一些信息的报告。
3、Apache
是一个Apache服务器模块，可让您监控Apache服务器的工作人员状态。它以易于阅读的HTML格式生成报告。它向您显示所有工作人员的状态、每个工作人员使用多少CPU、当前处理的请求以及工作和不工作工作人员的数量。
4、Monit
是一个很好的监控你埋弊的Linux和Unix服务器的程序，它可以监控你服务器上的一切，从主服务器(Apache、Nginx..)到文件权限、文件哈希和Web服务。加上很多东西。
5、Sysstat
不是一个真正的命令，实际上它只是项目的名称，Sysstat实际上是一个包，其中包含许多性能监控工具，如iostat、sadf、pidstat以及许多其他工具，向您显示有关您的Linux操作系统的许多统计信息。
6、Icinga
与其他工具不同，Icinga是一个网络监控程序，它向您显示有关您的网络连接、设备和进程的许多选项和信息，对于那些正在寻找监控网络内容的好工具的人来说，这是一个非常好的选择。
7、Observium
也是一个网络监控工具，它旨在帮助您轻松管理您的服务器网络，它有两个版本;社区版是免费和开源的，商业版的费用是每年1,000英镑。
8、Web VMstat
是一个非常简单的Web应用程序程序员，它提供带念实时的系统信息使用情况，从CPU到RAM、Swap以及html格式的输入/输出信息。
9、PHP Server Monitoring
与此列表中的其他工具不同，PHP Server
Monitoring是一个用PHP编写的Web脚本，可帮助您轻松管理您的网站和主机，它支持MySQL数据库，并在GPL 3或更高版本下发布。
10、Linux Dash
是一个Web仪表板，可以实时显示有关Linux系统的最重要信息，例如RAM、CPU、文件系统、正在运行的进程、用户、带宽使用情况。
1.uptime
该命令直观的显示了服务器在过去15分钟，5分钟，1分钟内的平均负载
2.vmstat
每隔2秒输出vmstat的信息，共输出10次。
类别
procs
swap
io
system
cpu
r：正在运行的进程数目
si：
换入到内存的容量
bi：
读入块数目
in：
中断数目
us：用户
b：阻塞的进程数目
so：
换出内存的容量
bo：
写到块数目
cs：
上下文切换数目
sy：系统
id：空闲
wa：等待io完成的cpu
3.iostat
每隔2秒输出iostat信息，共输出3次
tps
blk_read/s
blk_wrtn/s
blk_read
blk_wrtn
发送磁盘的I/O请求数
每信笑销秒读取的block数量
每秒写的block数量
读入block的总数
写入block的总数
备注：该命令包含了cpu信息和磁盘IO信息，这里简单介绍下有关磁盘IO的几个参数。需要注意的是，之一次blk_read和blk_wrtn是统计的历史总数，后面是每一秒的变化数。
4.top
top
-d
每10秒钟查看下信息。
包含了load信息，系统运行时间信息，cpu信息，进程信息等。
5.free
-m
total：内存总量，
used：表示总计分配给缓存(包含buffers
与cache
)使用的数量，但其中可能部分缓存并未实际使用
free：未分配的内存
buffers：系统分配但未被使用的buffers
数量
cached：系统分配但未被使用的cache
数量
======buffers/cache行=====
used：Mem行中的used
–
buffers-cached，实际使用的内存总量
free：
未被使用的buffers
与cache
和未被分配的内存之和，这升汪就是系统当前实际可用内存。
6.sar
通过sar命令可以查看服务器的各个硬件的实时运转情况。由于显示的一些参数含义与其它命令类似，这里就不一一详细介绍，只重点介绍
几个参数。
(1)sar
-d
显示磁盘实时信息
(2)sar
-b
查看I/O和传送速率的统计信息
(3)sar
-u
显示cpu实时信息
(4)sar
-q
查看平均负载
(5)sar
-r
查看内滑游存使用情况
(6)sar
-n
DEV
查看网卡流量情况
rxpck/s：每秒钟接收的数据包
txpck/s：每秒钟发送的数据包
rxbyt/s：每秒钟接收的字节数
txbyt/s：每秒钟发送的字节数
rxcmp/s：每秒钟接收的压缩数据包
txcmp/s：每秒钟发送的压缩数据包
rxmcst/s：每秒钟接收的多播数据包
关于linux cpu加压工具的介绍到此就结束了，不知道你从中找到你需要的信息了吗 ？如果你还想了解更多这方面的信息，记得收藏关注本站。
