CPU性能指标
1,主频
主频 = 时钟频率,它是指CPU内部晶振的频率,常用单位为MHz,它反映了CPU的基本工作节拍;
时钟频率又称主频,它是指CPU内部晶振的频率,常用单位为MHz,它反映了CPU的基本工作节拍;
2,时钟周期
时钟周期 t =1/ f; 主频的倒数
3,机器周期
机器周期A = m*t ;一个机器周期包含若干个时钟周期
4,指令周期
指令周期B = m*t*n; 执行一条指令所需要的时间,一般包含若干个机器周期
5,CPI
CPI = m*n; 平均每条指令的平均时钟周期个数
指令周期B = CPI×机器周期 = n(CPI=n)×m×时钟周期=nm/主频f, 注意指令周期单位是s或者ns,CPI无量纲
参考:https://en.wikipedia.org/wiki/Cycles_per_instruction
6,MIPS(MillionInstructions Per Second)
MIPS = 每秒执行百万条指令数 = 1/(CPI×时钟周期)= 主频/CPI
MFLOPS 每秒百万浮点运算次数。
表示秒钟所能执行的指令条数,对于微型计算机可用CPU的主频和每条指令的执行所需的时钟周期来衡量。
包含关系:指令周期通常用若干个机器周期来表示,在机器语言中,使用执行一条指令所需要的机器周期数来说明指令执行的速度。而机器周期又包含若干个时钟周期。时钟周期是最基本的操作单位。
参考: https://en.wikipedia.org/wiki/Instructions_per_second
注意:计算机的运算速度一般用每秒钟所能执行的指令条数来表示。由于不同类型的指令所需时间长度不同,因而运算速度的计算方法也不同。例如,根据不同类型的指令出现的频度,乘上不同的系数求得统计平均值,得到平均运算速度。这种方法用MIPS(Millions of Instruction Per Second)作单位,即每秒百万条指令。
又如,直接给出CPU的主频和每条指令的执行所需的时钟周期。周期一般以MHz为单位。主频即计算机的时钟频率,它在很大程度上决定了主机的工作速度。例如,型号为486DX-133的微型计算机,表明它的CPU型号为486,DX为含浮点处理器,数字133的含义是主频为133MHz。
题: 若某处理器的时钟频率为500MHz,每4个时钟周期组成一个机器周期,执行一条指令需要3个机器周期,则该处理器的一个机器周期▁8▁ns,平均执行速度为▁42▁MIPS
解析如下:
时钟周期T等于主频的倒数,即T=1/500MHz=1/(0.5×10的9次方Hz)=2 ns,机器周期等于4个时钟周期即=4T=4×2 ns=8 ns,每条指令的时钟周期数CPI=3×4=12,则平均速度为:f/(CPI×10的6次方)=(500×10的6次方)/(12×10的6次 方)=500/12=41.6≈42MIPS.计算主频的倒数时要注意把主频的MHz换算成Hz即500后面加6个0=500×10的6次方=0.5×10的9次方,1/10的9次方 Hz=1ns
每条指令的时钟周期数CPI=3×4=12,执行一条指令需要3个机器周期数,一个机器周期包含4个时钟周期,所以CPI=3×4=12,这里计算 的都是周期的个数,和具体的时间ns纳秒没有关系,若带上具体的时间,一个时钟周期T=2ns,一个机器周期就是2×4=8ns,执行一条指令需要三个机 器周期得出执行一条指令需要的具体时间为3×8=24ns,执行每条指令的需要的时钟周期数CPI换句话说就是把执行每条指令需要的时间24ns换算成时 钟周期个数表示,为多少个时钟周期个数?时钟周期是最基本的时间操作单位,500MHz主频的处理器一个时钟周期为2ns,24ns等于多少个时钟周期?24/2=12个时钟周期,即那一句:“每条指令的时钟周期数CPI=12”。
CPI,IPC的关系及性能相关描述
每指令周期数(CPI)是一个很重要的高级指标,用来描述CPU如何使用他的时钟周期,同时也可以用来理解CPU使用率的本质。这个指标也可以被表示未每周期指令书(instructions per cycle,IPC),即CPI的倒数。
CPI较高代表CPU经常陷入停滞,通常都是在访问内存。而较低的CPI代表CPU基本没有停滞,指令吞吐量较高。这些指标指明了性能调优的主要工作方向。
内存访问密集的负载,可以通过下面的方法提高性能,如使用更快的内存(DRAM)、提高内存本地性(软件配置),或者减少内存I/O数量。使用更高时钟频率的CPU并不能达到预期的性能目标,因为CPU还是需要为等待内存I/O完成而花费同样的时间。换句话说,更快的CPU意味着更多的停滞周期,而指令完成速率不变。
CPI的高低与否实际上和处理器以及处理器功能有关,可以通过实验方法运行已知的负载得出。例如,你会发现高CPI的负载可以使CPI达到10或者更高,而在低CPI的负载下,CPI低于1(受益于前述的指令流水线和宽度技术,这是可以达到的)。
值得注意的是,CPI代表了指令处理的效率,但并不代表指令本身的效率。假设有一个软件改动,加入了一个低效率的循环,这个循环主要在操作CPU寄存器(没有停止周期):这种改动可能会降低总体CPI,但会提高CPU的使用和利用度。
uptime命令,执行结果如下:
1、10:19:04 //系统当前时间
2、up 257 days, 18:56 //主机已运行时间,时间越大,说明你的机器越稳定。
3、12 user //用户连接数,是总连接数而不是用户数
4、load average // 系统平均负载,统计最近1,5,15分钟的系统平均负载(和vmstat的r列相关联)
uptime得出的1分钟、5分钟、15分钟的三个值除以逻辑核数都大于1,说明cpu负载很大,至于瓶颈需要分析了:
CPU 密集型进程,使用大量 CPU 会导致平均负载升高,这时候两者是一致的。
I/O 密集型进程,等待 I/O 也会导致平均负载升高,但 CPU 使用率不一定很高。
大量等待 CPU 的进程调度也会导致平均负载很高,此时的 CPU 使用率也会比较高
工具法检查CPU:
1. uptime:检查负载平均数以确认CPU负载是随时间上升还是下降。负载平均数超过了CPU数量通常代表CPU饱和。
2. vmstat:每秒运行vmstat,然后检查空闲列,看看还有多少余量。少于10%可能是一个问题。
3.mpstat:检查单个热点(繁忙)CPU,挑出一个可能的线程扩展性问题。
4.top/prstat : 看看哪个进程和用户是CPU消耗大户。
5.pidstat /prstat: 把CPU消耗大户分解成用户和系统时间。
6. perf / dtrace / stap / oprofile : 从用户时间或者内核时间的角度剖析CPU使用的堆栈跟踪,以了解为什么使用这么多CPU。
7. perf / cpustat : 测量CPI。
USE方法检查CPU
USE方法可以在性能调查的早期,在更深入和更耗时的其他策略之前,用来发现所有组件内的瓶颈和错误。
对于每个CPU,检查一下内容:
使用率:CPU繁忙的时间(未在空闲线程中)
饱和度:可运行线程排队等待CPU的程度
错误:CPU错误,包括可改正错误
错误可以优先检查,因为检查通常较快,并且最容易理解。有些处理器和操作系统可以感知到可以改正错误的上升(错误更正码,ECC),并在不可改正错误造成CPU失效前关闭一个CPU作为警示。检查错误包括检查是否所有CPU都在线。
参考资料:https://blog.csdn.net/xiaojianpitt/article/details/7613489/
《性能之巅》
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