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Linux操作系統(tǒng)是一種開源免費(fèi)的操作系統(tǒng)，它被廣泛應(yīng)用于服務(wù)器、嵌入式設(shè)備和移動設(shè)備等領(lǐng)域。在使用Linux系統(tǒng)的過程中，很多用戶可能會遇到一些性能問題，其中一個重要的問題就是CPU的使用率過高。在一些服務(wù)器環(huán)境下，如果CPU使用率過高，會導(dǎo)致服務(wù)器變得緩慢，甚至癱瘓，對業(yè)務(wù)造成極大的影響。在這種情況下，用戶需要采取措施降低CPU的使用率。本文將介紹一些Linux操作系統(tǒng)下降低CPU核數(shù)的方法，以便用戶能夠更好地管理系統(tǒng)資源，提升系統(tǒng)性能。
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一、Linux操作系統(tǒng)的調(diào)度策略
Linux操作系統(tǒng)的調(diào)度是指讓系統(tǒng)中各個進(jìn)程或線程按照一定的優(yōu)先級進(jìn)行時(shí)間分配的過程。在Linux內(nèi)核中，有多種調(diào)度策略可供選擇。其中，最常用的調(diào)度策略是完全預(yù)防式調(diào)度（CFS）和實(shí)時(shí)調(diào)度。CFS是一種基于紅黑樹的完全預(yù)防式調(diào)度算法，它的核心是基于虛擬運(yùn)行時(shí)間（Vruntime）的進(jìn)程優(yōu)先級計(jì)算規(guī)則，可以較好地平衡系統(tǒng)各進(jìn)程的運(yùn)行時(shí)間。而實(shí)時(shí)調(diào)度則是為了滿足對實(shí)時(shí)性要求比較高的應(yīng)用需求而設(shè)計(jì)的。
如果系統(tǒng)中有多個CPU核心，那么在Linux中，它們將在調(diào)度器中排隊(duì)，并按照一定的規(guī)則以時(shí)間片的形式交替執(zhí)行運(yùn)行。在一些情況下，用戶需要限制某些應(yīng)用程序使用的CPU核數(shù)，以降低系統(tǒng)的CPU使用率，這時(shí)可以使用Linux系統(tǒng)提供的CPU降頻驅(qū)動cpufreq，也可以使用一些第三方的工具來管理系統(tǒng)CPU使用率。
二、CPU降頻
CPU降頻是一種降低CPU運(yùn)行速度的技術(shù)，其本質(zhì)是通過減少CPU利用率的方法來實(shí)現(xiàn)節(jié)能。如果系統(tǒng)中有多個CPU核心，那么降頻一般會考慮到每個核心的運(yùn)行情況，以便盡可能地平衡系統(tǒng)各核心的壓力，避免某個核心過載而導(dǎo)致整個系統(tǒng)負(fù)載過高。
在Linux系統(tǒng)中，CPU降頻的方法主要是通過配置CPU負(fù)載平衡策略來實(shí)現(xiàn)?？梢酝ㄟ^設(shè)置/sys/devices/system/cpu/cpufreq目錄下各個CPU核心對應(yīng)的scaling_*文件來修改各個CPU核心的運(yùn)行狀態(tài)。scaling_max_freq以及scaling_min_freq文件可以分別用來限定CPU核心更高和更低操作頻率，scaling_governor文件則用來設(shè)置系統(tǒng)的負(fù)載均衡策略。可以選擇性能模式、節(jié)能模式、調(diào)節(jié)模式等不同的模式以適應(yīng)不同的環(huán)境。
三、使用cgroups
cgroups是Linux內(nèi)核的一種控制組（Control Group）機(jī)制，它可以對進(jìn)程進(jìn)行分組，實(shí)現(xiàn)對進(jìn)程資源使用的限制和管理。cgroups可以實(shí)現(xiàn)對CPU、內(nèi)存、磁盤IO等資源的限制，可以幫助我們更好地管理系統(tǒng)資源，降低CPU使用率。
在Linux中，新版本的系統(tǒng)已經(jīng)預(yù)裝了cgroups的核心支持庫和工具，因此可以很方便地開始使用cgroups。要限制某個進(jìn)程組的CPU使用率，可以通過cgroups的cpuset子系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。cpuset子系統(tǒng)中的cgroup文件可以限制某個進(jìn)程組的CPU核數(shù)以及運(yùn)行時(shí)的優(yōu)先級。我們可以用cset命令來創(chuàng)建和修改這些cgroup文件。
四、修改系統(tǒng)配置
除了使用上述方法來降低CPU使用率外，我們還可以通過修改系統(tǒng)的配置文件來實(shí)現(xiàn)。Linux系統(tǒng)的配置文件通常存儲在/etc目錄下。我們可以打開/etc/sysctl.conf配置文件，并修改vm.swappiness參數(shù)的值。vm.swappiness參數(shù)控制了Linux系統(tǒng)在內(nèi)存不足時(shí)，使用交換分區(qū)的比例。將vm.swappiness的值調(diào)整為0，可以讓Linux系統(tǒng)在內(nèi)存不足時(shí)不使用交換分區(qū)，從而減少CPU的使用率。
通過上述方法，我們可以在Linux系統(tǒng)中降低CPU核數(shù)，從而降低CPU使用率，提升系統(tǒng)的性能。在實(shí)際應(yīng)用中，具體采取哪種方法，要根據(jù)需要來選擇?？梢愿鶕?jù)系統(tǒng)的狀況，結(jié)合實(shí)際的業(yè)務(wù)需要，選擇最合適的方法來管理系統(tǒng)資源。
相關(guān)問題拓展閱讀：
- Linux 進(jìn)程、線程和CPU的關(guān)系，cpu親和性
- CPU數(shù)量跟Linux系統(tǒng)性能的關(guān)系大嗎
- linux下查看cpu核數(shù)
Linux 進(jìn)程、線程和CPU的關(guān)系，cpu親和性
1、物理CPU數(shù)：機(jī)器主板上實(shí)際插入的cpu數(shù)量，比如說你的主板上安裝了一塊8核CPU，那么物理CPU個數(shù)就是1個，所以物理CPU個數(shù)就是主板上安裝的CPU個數(shù)。
2、物理CPU核數(shù)：單個物理CPU上面有多個核，物理CPU核數(shù)=物理CPU數(shù)?單個物理CPU的核
3、邏輯CPU核數(shù)：一般情況，我們認(rèn)為一顆CPU可以有多個核，加上intel的超線程技術(shù)(HT), 可以在邏輯上再分一倍數(shù)量的CPU core出來。邏輯CPU核數(shù)=物理CPU數(shù)?單個物理CPU的核*2
4、超線程技術(shù)(Hyper-Threading)：就是利用特殊的硬件指令，把兩個邏輯CPU模擬成兩個物理CPU，實(shí)現(xiàn)多核
多線程
。我們常聽到的雙核四線程/四核八線程指的就是支持超線程技術(shù)的CPU。
1、并行：兩件（多件）事情在同一時(shí)刻一起發(fā)生。
2、并發(fā)：兩件（多件）事情在同一時(shí)刻只能有一個發(fā)生，由于CPU快速切換，從而給人的感覺是同時(shí)進(jìn)行。
3、進(jìn)程和線程
進(jìn)程是資源分配的
最小單位
，一個程序有至少一個進(jìn)程。線程是程序執(zhí)行的最小單位。一個進(jìn)程有至少一個線程。
線程之間的通信更方便，同一進(jìn)程下的線程共享
全局變量
、靜態(tài)變量等數(shù)據(jù)，而進(jìn)程之間的通信需要以通信的方式（IPC)進(jìn)行。多進(jìn)程程序更健壯，多線程程序只要有一個線程死掉，整個進(jìn)程也死掉了，而一個進(jìn)程死掉并不會對另外一個進(jìn)程造成影響，因?yàn)檫M(jìn)程有自己獨(dú)立的地址空間。
4、單核多線程：單核CPU上運(yùn)行多線程， 同一時(shí)刻只有一個線程在跑，系統(tǒng)進(jìn)行線程切換，系統(tǒng)給每個線程分配時(shí)間片來執(zhí)行，看起來就像是同時(shí)在跑， 但實(shí)際上是每個線程跑一點(diǎn)點(diǎn)就換到其它線程繼續(xù)跑。
5、多核多線程：每個核上各自運(yùn)行線程，同一時(shí)刻可以有多個線程同時(shí)在跑。
1、對于單核：多線程和多進(jìn)程的多任務(wù)是在單cpu交替執(zhí)行（時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度，優(yōu)先級調(diào)度等），屬于并發(fā)
2、對于多核：同一個時(shí)間多個進(jìn)程運(yùn)行在不同的CPU核上，或者是同一個時(shí)間多個線程能分布在不同的CPU核上（線程數(shù)小于內(nèi)核數(shù)），屬于并行。
3、
上下文切換
：上下文切換指的是內(nèi)核（操作系統(tǒng)的核心）在CPU上對進(jìn)程或者線程進(jìn)行切換。上下文切換過程中的信息被保存在進(jìn)程控制塊（PCB-Process Control Block）中。PCB又被稱作切換幀（SwitchFrame）。上下文切換的信息會一直被保存在CPU的內(nèi)存中，直到被再次使用。
CPU 親和性（affinity）就是進(jìn)程要在某個給定的 CPU 上盡量長時(shí)間地運(yùn)行而不被遷移到其他處理器的傾向性。這樣可以減少上下文切換的次數(shù)，提高程序運(yùn)行性能?？煞譃椋鹤匀挥H和性和硬親和性
1、自然親和性：就是進(jìn)程要在指定的 CPU 上盡量長時(shí)間地運(yùn)行而不被遷移到其他處理器，Linux 內(nèi)核進(jìn)程調(diào)度器天生就具有被稱為 軟 CPU 親和性（affinity） 的特性，這意味著進(jìn)程通常不會在處理器之間頻繁遷移。這種狀態(tài)正是我們希望的，因?yàn)檫M(jìn)程遷移的頻率小就意味著產(chǎn)生的負(fù)載小。Linux調(diào)度器缺省就支持自然CPU親和性(natural CPU affinity): 調(diào)度器會試圖保持進(jìn)程在相同的CPU上運(yùn)行。
2、硬親和性：簡單來說就是利用linux內(nèi)核提供給用戶的API，強(qiáng)行將進(jìn)程或者線程綁定到某一個指定的cpu核運(yùn)行。Linux硬親和性指定API：taskset .
taskset mask command …
taskset -p pid
taskset 命令用于設(shè)置或者獲取一直指定的 PID 對于 CPU 核的運(yùn)行依賴關(guān)系。也可以用 taskset 啟動一個命令，直接設(shè)置它的 CPU 核的運(yùn)行依賴關(guān)系。
CPU 核依賴關(guān)系是指，命令會被在指定的 CPU 核中運(yùn)行，而不會再其他 CPU 核中運(yùn)行的一種調(diào)度關(guān)系。需要說明的是，在正常情況下，為了系統(tǒng)性能的原因，調(diào)度器會盡可能的在一個 CPU 核中維持一個進(jìn)程的執(zhí)行。強(qiáng)制指定特殊的 CPU 核依賴關(guān)系對于特殊的應(yīng)用是有意義的
CPU 核的定義采用位定義的方式進(jìn)行，更低位代表 CPU0，然后依次排序。這種位定義可以超過系統(tǒng)實(shí)際的 CPU 總數(shù)，并不會存在問題。通過命令獲得的這種 CPU 位標(biāo)記，只會包含系統(tǒng)實(shí)際 CPU 的數(shù)目。如果設(shè)定的位標(biāo)記少于系統(tǒng) CPU 的實(shí)際數(shù)目，那么命令會產(chǎn)生一個錯誤。當(dāng)然這種給定的和獲取的位標(biāo)記采用 16 進(jìn)制標(biāo)識。
0x
代表 #0 CPU
0x
代表 #0 和 #1 CPU
0xFFFFFFFF
代表 #0 到 #31 CPU
-p, –pid
對一個現(xiàn)有的進(jìn)程進(jìn)行操作，而不是啟動一個新的進(jìn)程
-c, –cpu-list
使用 CPU 編號替代位標(biāo)記，這可以是一個列表，列表中可以使用逗號分隔，或者使用 “-” 進(jìn)行范圍標(biāo)記，例如：0,5,7,9
-h, –help
打印幫助信息
-V, –version
打印版本信息
如果需要設(shè)定，那么需要擁有 CAP_SYS_NICE 的權(quán)限；如果要獲取設(shè)定信息，沒有任何權(quán)限要求。
CPU數(shù)量跟Linux系統(tǒng)性能的關(guān)系大嗎
linux系統(tǒng)性能怎么優(yōu)化
一、前提
我們可以在文章的開始就列出一個列表，列出可能影響Linux操作系統(tǒng)性能的一些調(diào)優(yōu)參數(shù)，但這樣做其實(shí)并沒有什么價(jià)值。因?yàn)樾阅苷{(diào)優(yōu)是一個非常困難的任務(wù)，它要求對硬件、操作系統(tǒng)、和應(yīng)用都有著相當(dāng)深入的了解。如果性能調(diào)優(yōu)非常簡單的話，那些我們要列出的調(diào)優(yōu)參數(shù)早就寫入硬件的微碼或者操作系統(tǒng)中了，我們就沒有必要再繼續(xù)讀這篇文章了。正如下圖所示，服務(wù)器的性能受到很多因素的影響。
當(dāng)面對一個使用單獨(dú)IDE硬盤的，有20230用戶的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器時(shí)，即使我們使用數(shù)周時(shí)間去調(diào)整I/O子系統(tǒng)也是徒勞無功的，通常一個新的驅(qū)動或者應(yīng)用程序的一個更新(如SQL優(yōu)化)卻可以使這個服務(wù)器的性能得到明顯的提升。正如我們前面提到的，不要忘記系統(tǒng)的性能是受多方面因素影響的。理解操作系統(tǒng)管理系統(tǒng)資源的方法將幫助我們在面對問題時(shí)更好的判斷應(yīng)該對哪個子系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。
二、Linux的CPU調(diào)度
任何計(jì)算機(jī)的基本功能都十分簡單，那就是計(jì)算。為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算的功能就必須有一個方法去管理計(jì)算資源、處理器和計(jì)算任務(wù)(也被叫做線程或者進(jìn)程)。非常感謝Ingo Molnar，他為Linux內(nèi)核帶來了O(1)CPU調(diào)度器，區(qū)別于舊有的O(n)調(diào)度器，新的調(diào)度器是動態(tài)的，可以支持負(fù)載均衡，并以恒定的速度進(jìn)行操作。
新調(diào)度器的可擴(kuò)展性非常好，無論進(jìn)程數(shù)量或者處理器數(shù)量，并且調(diào)度器本身的系統(tǒng)開銷更少。新調(diào)取器的算法使用兩個優(yōu)先級隊(duì)列。
linux下查看cpu核數(shù)
安裝后用lscpu可以很方便的得到:
$ lscpu | grep -E ‘ Thread| Core| Socket| CPU(‘
CPU(s): 56
Thread(s) per core: 2
Core(s) per socket: 14
Socket(s):
其中socket代表物理cpu個數(shù), Core(s) per socket就是每個cpu多少核,Thread(s) per core就是每個核幾個超線程
CPUs = Threads per core X cores per socket X sockets
引用:
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