服務(wù)器CPU的使用率能達(dá)到100%嗎？

最近，一位同事急匆匆跑過來跟我說：糟糕了，服務(wù)器CPU的使用率達(dá)100%了。我心想不可能啊，CPU有那么多核，怎會跑滿？于是看了一眼，結(jié)果虛驚一場。這位同事看到的100%，并非指整個(gè)CPU使用率到了100%，而是指CPU某些核的使用率到了100%.趁此機(jī)會，我來聊聊與CPU相關(guān)的概念，對很多軟件開發(fā)和運(yùn)維人員來說，這些概念是必須要掌握的：

CPU主頻

多個(gè)CPU

多核CPU

邏輯核（超線程）

大小端

以一款CPU為例，看下具體參數(shù)：

CPU主頻（時(shí)鐘頻率） 在上面這些參數(shù)中，人們最熟知的是CPU主頻（時(shí)鐘頻率）。買電腦時(shí)，肯定需要看CPU主頻是多少。我們知道：CPU時(shí)鐘越快，產(chǎn)生上升沿/下降沿的速度就越快，就能更快地迫使其它器件做相應(yīng)工作。CPU的時(shí)鐘，就像龍舟比賽的擊鼓人，擊鼓頻率越快，就迫使劃船的人跟上節(jié)奏，結(jié)果龍舟也越快。

從CPU參數(shù)可以看到，該CPU有12個(gè)物理核，每個(gè)物理核對應(yīng)2個(gè)邏輯核（超線程技術(shù)）。所以，從外部看，該CPU有24個(gè)核（邏輯核）。也就是說，該CPU有12個(gè)物理上的運(yùn)算器&控制器，有24個(gè)邏輯上的運(yùn)算器&控制器。

多個(gè)CPU我們看linux命令lscpu給出的信息：

Socket（s）： 2

可以看到，在這臺服務(wù)器上，總共插了2個(gè)CPU， 這2個(gè)CPU是物理上的CPU， 人眼可以看到，手也可以觸摸到：

多核CPU我們看linux命令lscpu給出的信息：

Core（s） per socket： 12

可以看到，針對每一個(gè)物理CPU而言，內(nèi)部有12個(gè)物理核。也就是說，在一個(gè)物理CPU內(nèi)，有12個(gè)物理層面的運(yùn)算器&控制器，它們是實(shí)實(shí)在在存在的。很霸氣的感覺，12個(gè)物理核如下圖所示：

邏輯核（超線程）我們看linux命令lscpu給出的信息：

Thread（s） per core： 2

由于Intel采用了超線程技術(shù)，所以每個(gè)物理核對應(yīng)2個(gè)邏輯核：

要注意，在物理上看來，只有一個(gè)核，但采用了超線程技術(shù)，在使用時(shí)，實(shí)際效果是2個(gè)核在同時(shí)并行（不是同步并發(fā)）工作，也即有2個(gè)邏輯核，如下圖所示：

那么，在上面這臺服務(wù)器中，有多少個(gè)邏輯核呢？服務(wù)器中插有2個(gè)物理CPU， 每個(gè)物理CPU有12個(gè)物理核，每個(gè)物理核有2個(gè)邏輯核，故總共48個(gè)邏輯核。因此，當(dāng)操作系統(tǒng)俯視CPU硬件時(shí)，它看到的是，在計(jì)算機(jī)中，有48個(gè)核，即有48個(gè)運(yùn)算器&控制器。

對于操作系統(tǒng)而言，它可以認(rèn)為有48個(gè)CPU核在同時(shí)并行（不是同步并發(fā)）為它提供服務(wù)，lscpu查出的信息如下：

CPU（s）： 48

這里的48個(gè)CPU（s）， 其實(shí)就是48個(gè)邏輯核。有時(shí)，我們也可以說，這臺服務(wù)器有48個(gè)核。這臺服務(wù)器有2個(gè)CPU， 針對其中一個(gè)CPU，我們也可以說，它是“12核24線程”。

操作系統(tǒng)對核的分配需要注意的是，如上的服務(wù)器有2個(gè)CPU， 每個(gè)CPU有12物理核，每個(gè)物理核有2個(gè)邏輯核，這僅僅是針對特定服務(wù)器和CPU的。其他計(jì)算機(jī)或者CPU， 就不一定如此了。來看我的另外一臺服務(wù)器，配置略微寒酸：總共只有1個(gè)CPU， 1個(gè)物理核，1個(gè)邏輯核：

如果在這個(gè)單核服務(wù)器上，運(yùn)行如下的死循環(huán)程序，會如何呢？

#include 《stdio.h》int main（）{ while（1）; // 死循環(huán) return 0;}

觀察top命令給出的結(jié)果，可以看到，1個(gè)進(jìn)程就消耗了大約99.0%的CPU，整個(gè)CPU的使用率達(dá)到99.7%： 那么，如果開啟2個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行呢？可以看到，每個(gè)進(jìn)程幾乎都是占用49.x%的CPU，整個(gè)CPU的使用率達(dá)到99.7%：

那么，如果開啟3個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行呢？可以看到，每個(gè)進(jìn)程幾乎都是占用32.x%的CPU，整個(gè)CPU的使用率達(dá)到98.7%：

可以看到，整個(gè)CPU幾乎被瓜分殆盡。這種調(diào)度和分配，是由操作系統(tǒng)完成的。

再來看多核CPU的情況，我找了另一臺服務(wù)器，有32個(gè)邏輯核，簡稱32個(gè)核。運(yùn)行一下死循環(huán)進(jìn)程，用top命令來分析?？梢钥吹剑?個(gè)進(jìn)程占滿1個(gè)核，使用率100%， 而服務(wù)器32個(gè)核的使用率是3.6%：

運(yùn)行2個(gè)進(jìn)程，可以看到，2個(gè)進(jìn)程都占用99.7%的核，而服務(wù)器32個(gè)核的使用率是6.5%：

運(yùn)行3個(gè)進(jìn)程，可以看到，3個(gè)進(jìn)程都占用100%的核，而服務(wù)器32個(gè)核的使用率是9.8%：

看到使用率為100%時(shí)，不要緊張，不要以為CPU就用完了，這臺服務(wù)器有32個(gè)核呢（擁有3200%的能力）。來看下3個(gè)進(jìn)程時(shí)，每個(gè)核的具體使用情況（3個(gè)進(jìn)程，總共大概占用300%的核）：

這些值會動態(tài)地變化，而且不一定是消耗在某些固定的核上。核的調(diào)度和資源分配，由操作系統(tǒng)來完成：

CPU大小端最后，來看一個(gè)大小端的問題，看lscpu命令的信息：

Byte Order： Little Endian它的含義是： CPU是小端模式。相信幾乎所有的程序員都聽說過這個(gè)概念，我們具體來測試一下。

下面是在Intel CPU + Windows + VC++6.0上的測試結(jié)果，可以看到：低位的0x78存儲在地址較小的位置（小端模式）：

下面是對8051單片機(jī)進(jìn)行的仿真測試，可以看到：高位的0x12存儲在地址較小的位置（大端模式）：

至此為止，我們對CPU的基本參數(shù)有了大致了解，這也是linux相關(guān)的開發(fā)、運(yùn)維人員必須掌握的。

以后也可以談笑風(fēng)生地聊多個(gè)CPU、多核CPU、邏輯核和大小端了，而不是一如既往地一知半解。

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