Uso de CPU en Linux - Cómo verificar el uso de CPU en Linux

¿Qué es el uso de CPU?

Factores que contribuyen al alto uso de CPU

1. Procesos intensivos: Tareas que requieren mucho uso de CPU, como codificación de video, simulaciones científicas o cálculos complejos, pueden usar una gran parte de los recursos de la CPU, llevando a un alto uso.

2. Recursos insuficientes: Cuando un sistema carece de suficientes núcleos de procesador o memoria para manejar la carga de trabajo eficientemente, los procesos pueden competir por recursos limitados, resultando en un alto uso de CPU.

3. Tareas en segundo plano: Servicios, demonios y procesos en segundo plano que se ejecutan en el sistema pueden contribuir a un alto uso promedio de CPU, incluso si no están siendo utilizados activamente por el usuario.

4. Aplicaciones ineficientes: Aplicaciones mal optimizadas o con errores pueden usar demasiados ciclos de CPU, causando un alto uso e impactando el rendimiento general del sistema.

Encontrar y corregir las causas raíz del alto uso de CPU es importante para mantener un rendimiento óptimo del sistema y garantizar una experiencia fluida para el usuario.

Entendiendo los promedios de carga de CPU en Linux

Por ejemplo, un promedio de carga de "1.0" significa que, en promedio, un proceso estaba listo para ejecutarse o esperando E/S de disco durante el período de tiempo especificado. Un promedio de carga mayor que el número de núcleos de CPU sugiere que los procesos están compitiendo por tiempo de CPU, y el sistema puede estar sobrecargado.

Es importante notar que los promedios de carga por sí solos no proporcionan una imagen completa del uso de CPU. Son una medida de la carga del sistema, que incluye el uso de CPU, espera de E/S y otros factores. Para obtener una comprensión más precisa del uso de CPU, se recomienda usar herramientas que proporcionen estadísticas detalladas de uso de CPU, como top, htop, o mpstat.

Usando el comando "top"

La salida del comando "top" muestra varias estadísticas del sistema, con la información de uso actual de CPU en la esquina superior derecha. Aquí hay un ejemplo:

top - 10:00:00 up 2 days, 15:30,  1 user,  load average: 0.50, 0.75, 0.90
Tasks: 100 total,   2 running,  98 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu(s): 10.0 us,  5.0 sy,  0.0 ni, 85.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
MiB Mem :   7974.2 total,   4515.4 free,   1678.3 used,   1780.5 buff/cache
MiB Swap:   2048.0 total,   2048.0 free,      0.0 used.   5921.1 avail Mem

   PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU  %MEM     TIME+ COMMAND
  1234 john      20   0 1500000 300000  25000 S  25.0   3.7   1:30.00 stress-ng
  5678 jane      20   0  800000 150000  10000 S  10.0   1.8   0:45.00 video_encode

En este ejemplo, la línea "%Cpu(s)" muestra el desglose del uso de CPU:

• "us" (usuario): Tiempo de CPU utilizado en procesos de usuario
• "sy" (sistema): Tiempo de CPU utilizado en procesos del sistema
• "ni" (nice): Tiempo de CPU utilizado en procesos con prioridad ajustada
• "id" (inactivo): Tiempo de CPU inactivo
• "wa" (espera de E/S): Tiempo de CPU esperando operaciones de E/S

El comando top también muestra una lista de procesos en ejecución ordenados por su uso de CPU. Esto ayuda a identificar qué procesos están utilizando más recursos de CPU.

Usando el comando "htop"

sudo apt install htop        # Para Debian/Ubuntu
sudo dnf install htop        # Para Fedora

Una vez instalado, ejecuta htop en la terminal para iniciar la interfaz:

htop

La interfaz de "htop" muestra estadísticas del sistema en tiempo real, incluyendo el uso de procesador por núcleo y una lista de procesos en ejecución. Utiliza codificación de colores y gráficos visuales para mostrar la utilización de CPU, facilitando la comprensión de la información.

Para verificar el uso de CPU con "htop":

1. Mira el medidor de CPU en la parte superior de la interfaz, que muestra el uso general de CPU y la utilización por núcleo.
2. Revisa la lista de procesos y su porcentaje individual de uso de CPU en la columna "%CPU".
3. Usa las teclas de flecha para moverte y la tecla "F1" para acceder a la ayuda y más opciones.

El comando "htop" proporciona una manera fácil de verificar el uso de CPU y administrar procesos de forma interactiva.

Verificando el uso de CPU con "mpstat"

sudo apt install sysstat     # Para Debian/Ubuntu
sudo dnf install sysstat     # Para Fedora

Para verificar el uso de CPU con "mpstat", utiliza el siguiente comando:

mpstat

Esto mostrará estadísticas de uso de CPU, incluyendo el porcentaje de tiempo pasado en modo usuario, modo sistema, inactivo y espera de E/S.

Para obtener información más detallada, puedes establecer el intervalo y el conteo. Por ejemplo, para mostrar el uso de CPU cada 2 segundos durante un total de 5 veces:

mpstat 2 5

El comando mpstat también te permite ver la utilización de CPU por núcleo usando la opción -P seguida del número de núcleo o ALL para todos los núcleos:

mpstat -P ALL

Esto mostrará estadísticas de uso de CPU para cada núcleo individual, proporcionando una vista más detallada de la utilización de CPU.

Verificando la utilización de CPU con "vmstat"

vmstat

Este comando mostrará un resumen del uso de recursos del sistema, incluyendo información sobre la actividad dela CPU. La información de utilización de CPU se muestra en las últimas columnas:

• "us" (usuario): Porcentaje de tiempo de CPU usado en procesos de usuario
• "sy" (sistema): Porcentaje de tiempo de CPU usado en procesos del sistema
• "id" (inactivo): Porcentaje de tiempo de CPU inactivo
• "wa" (espera de E/S): Porcentaje de tiempo de CPU esperando operaciones de E/S

Para obtener actualizaciones en tiempo real de la utilización de CPU, puedes establecer el intervalo y el conteo. Por ejemplo, para mostrar el uso de CPU cada 2 segundos durante un total de 5 veces:

vmstat 2 5

El comando "vmstat" proporciona una visión general breve del uso de recursos del sistema, incluyendo la utilización de CPU, permitiéndote verificar rápidamente el rendimiento general del sistema.

Usando el comando "sar" para análisis histórico

Para verificar el uso de CPU con "sar", utiliza el siguiente comando:

sar -u

Esto mostrará estadísticas de uso de CPU, incluyendo el porcentaje de tiempo pasado en modo usuario, modo sistema, inactivo y espera de E/S.

Para ver datos de uso de CPU para un intervalo de tiempo específico, usa la siguiente sintaxis:

sar -u -s <hora_inicio> -e <hora_fin>

Reemplaza <hora_inicio> y <hora_fin> con las horas de inicio y fin deseadas en el formato "HH:MM:SS".

El comando sar también te permite crear informes para un período de tiempo específico. Por ejemplo, para crear un informe de uso de CPU para las últimas 24 horas con intervalos de 1 hora:

sar -u -s 00:00:00 -e 23:59:59 -i 3600

El informe creado proporciona una vista histórica de la utilización de CPU, permitiéndote analizar tendencias y patrones a lo largo del tiempo.

El comando "sar" ofrece muchas opciones para recopilar y analizar datos de rendimiento del sistema. Consulta la página del manual de sar para un uso más avanzado y opciones.

Glances: Una herramienta de monitoreo del sistema

Para instalar Glances en tu sistema Linux, puedes usar el gestor de paquetes de tu distribución. Por ejemplo, en sistemas basados en Debian o Ubuntu, ejecuta:

sudo apt install glances

En sistemas basados en Fedora, CentOS o RHEL, usa:

sudo dnf install glances

Una vez que Glances está instalado, puedes iniciarlo ejecutando el comando:

glances

La interfaz de Glances se abrirá, proporcionando un resumen en tiempo real de varios recursos del sistema, incluyendo la utilización de CPU.

En la sección de CPU de la salida de Glances, puedes ver el porcentaje general de utilización de CPU y un desglose del uso de CPU por núcleo. El uso de CPU se muestra mediante barras codificadas por colores, facilitando la identificación del nivel de utilización.

Glances también proporciona información adicional, como el número de procesos en ejecución, los promedios de carga del sistema y los procesos que más consumen CPU. Esta vista te ayuda a identificar rápidamente cualquier problema potencial o tarea que consuma muchos recursos.

Glances ofrece muchas opciones de configuración y se puede personalizar para adaptarse a tus necesidades específicas de monitoreo. También admite varios modos de salida, incluyendo interfaces basadas en web y exportación de datos a sistemas de monitoreo externos.

Otras herramientas gráficas de monitoreo

1. Monitor del sistema GNOME: Esta es la herramienta de monitoreo del sistema predeterminada para el entorno de escritorio GNOME. Proporciona una vista gráfica del uso de CPU, junto con otros recursos del sistema como el uso de memoria y disco. El Monitor del sistema GNOME ofrece monitoreo en tiempo real y te permite ver el uso de CPU por proceso, facilitando la identificación de aplicaciones que consumen muchos recursos.

2. Monitor del sistema KDE (KSysGuard): El Monitor del sistema KDE es la herramienta de monitoreo equivalente para el entorno de escritorio KDE Plasma. Ofrece características similares al Monitor del sistema GNOME, proporcionando una representación gráfica de la utilización de CPU y permitiéndote monitorear procesos individuales. El Monitor del sistema KDE también incluye características avanzadas como la configuración de alertas y la creación de sensores de monitoreo personalizados.

3. Conky: Conky es un monitor de sistema personalizable que se puede configurar para mostrar diversa información del sistema, incluyendo el uso de CPU, en el escritorio. Proporciona una forma ligera y flexible de monitorear la utilización de CPU en tiempo real. Conky te permite crear scripts y configuraciones personalizadas para adaptar la información mostrada a tus necesidades específicas.

4. Administrador de tareas de Xfce: Para los usuarios del entorno de escritorio Xfce, el Administrador de tareas de Xfce es una herramienta simple y directa para monitorear los recursos del sistema, incluyendo el uso de CPU. Proporciona una interfaz limpia que muestra los porcentajes de utilización de CPU y te permite gestionar los procesos en ejecución.

Estas herramientas gráficas de monitoreo ofrecen una forma fácil de usar para realizar un seguimiento del uso del procesador en sistemas Linux, especialmente para usuarios que prefieren una representación visual de la utilización de recursos del sistema. Complementan las herramientas de línea de comandos y proporcionan un enfoque alternativo para monitorear el rendimiento de CPU en escritorios y servidores Linux con entornos gráficos.

Identificación de procesos intensivos de CPU

El comando top muestra una vista en tiempo real de los procesos del sistema y su uso de recursos. Para identificar procesos intensivos de CPU usando top, sigue estos pasos:

1. Abre una terminal y ejecuta el comando top.
2. Busca procesos con valores altos en la columna "%CPU", que muestra el porcentaje de tiempo de CPU utilizado por cada proceso.
3. Toma nota de los procesos que aparecen constantemente en la parte superior de la lista con alto uso de CPU.

Por ejemplo:

top - 10:30:00 up 2 days, 15:00,  1 user,  load average: 1.50, 1.75, 1.90
Tasks: 100 total,   3 running,  97 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu(s): 25.0 us, 15.0 sy,  0.0 ni, 60.0 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
MiB Mem :   7974.2 total,   4515.4 free,   1678.3 used,   1780.5 buff/cache
MiB Swap:   2048.0 total,   2048.0 free,      0.0 used.   5921.1 avail Mem

   PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU  %MEM     TIME+ COMMAND
  1234 john      20   0 1500000 300000  25000 R  20.0   3.7   1:30.00 stress-ng
  5678 jane      20   0  800000 150000  10000 R  15.0   1.8   0:45.00 video_encode

En este ejemplo, los procesos stress-ng y video_encode están utilizando recursos significativos de CPU.

Otro comando útil es ps, que proporciona una instantánea de los procesos actuales. Para identificar procesos intensivos de CPU usando ps, utiliza el siguiente comando:

ps aux --sort=-%cpu | head

Este comando lista todos los procesos ordenados por uso de CPU en orden descendente y muestra los 10 procesos que más consumen CPU.

Por ejemplo:

USER       PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY      STAT START   TIME COMMAND
john      1234 20.0  3.7 1500000 300000 ?       R    May01 01:30:00 stress-ng
jane      5678 15.0  1.8 800000 150000 ?        R    May01 00:45:00 video_encode

Usando top y ps, puedes identificar rápidamente los procesos que causan un alto uso de CPU en tu servidor Linux.

Técnicas para reducir la alta utilización de CPU

1. Optimización de procesos:

   • Revisa los procesos identificados como intensivos de CPU y analiza sus necesidades de recursos.
   • Optimiza los procesos ajustando su configuración, el número de hilos o utilizando algoritmos más eficientes.
   • Considera usar caché o optimizar consultas de base de datos para reducir el uso de CPU.

2. Asignación de recursos:

   • Asegúrate de que el sistema tenga suficientes núcleos de CPU y memoria para manejar la carga de trabajo.
   • Utiliza la prioridad de procesos y la amabilidad (niceness) para asignar prioridades apropiadas a los procesos importantes.
   • Usa cgroups de Linux (grupos de control) para limitar el uso de CPU de procesos específicos o grupos de procesos.

3. Balanceo de carga:

   • Distribuye la carga de trabajo entre varios servidores o CPUs para evitar sobrecargar un solo recurso.
   • Utiliza técnicas de balanceo de carga, como un balanceador de carga o marcos de computación distribuida como Apache Hadoop o Apache Spark.

4. Monitoreo y alertas:

   • Configura sistemas de monitoreo para seguir continuamente el uso de CPU y otras métricas del sistema.
   • Configura alertas para notificar a los administradores cuando el uso de CPU exceda umbrales predefinidos.
   • Usa herramientas como Nagios, Zabbix o Prometheus para monitorear y alertar sobre el uso de CPU.

5. Escalado y autoescalado:

   • Implementa escalado horizontal añadiendo más servidores para manejar una mayor carga de trabajo.
   • Usa soluciones de autoescalado, como Kubernetes o AWS Auto Scaling, para ajustar automáticamente el número de instancias basándose en el uso de CPU.

6. Optimización de código:

   • Perfila y optimiza el código de la aplicación para identificar y corregir cuellos de botella de rendimiento.
   • Usa herramientas de perfilado como perf, Valgrind o GDB para analizar el rendimiento del código e identificar áreas de optimización.

7. Caché y compartición de recursos:

   • Implementa caché para almacenar datos frecuentemente accedidos en memoria, reduciendo el uso de CPU para operaciones repetidas.
   • Comparte recursos, como conexiones de base de datos o pools de hilos, para minimizar la sobrecarga de recursos.

Monitorea y revisa regularmente el uso de CPU para identificar cualquier problema nuevo o recurrente. La optimización continua de procesos, el ajuste fino de la asignación de recursos y la implementación de mejores prácticas pueden ayudar a mantener una utilización óptima de CPU en tus servidores Linux.

Siguiendo estas técnicas y mejores prácticas, puedes solucionar y gestionar eficazmente el alto uso de CPU en servidores Linux, asegurando un rendimiento óptimo y una utilización eficiente de recursos.

Monitorización del uso de CPU de contenedores Docker

Uno de los comandos más útiles es docker stats, que muestra estadísticas de uso de recursos en tiempo real para contenedores en ejecución. Para usar docker stats, ejecuta el siguiente comando:

docker stats

Este comando mostrará una lista continuamente actualizada de contenedores y sus porcentajes de uso de CPU, junto con otras métricas de recursos como el uso de memoria y E/S de red.

Por ejemplo:

CONTAINER ID   NAME          CPU %     MEM USAGE / LIMIT     MEM %     NET I/O         BLOCK I/O       PIDS
1234abcd       web-server    10.25%    100MiB / 500MiB       20.00%    1.5MB / 800kB   10MB / 0B       25
5678efgh       database      5.50%     200MiB / 1GiB         19.53%    500kB / 1.2MB   50MB / 2MB      10

En este ejemplo, el contenedor web-server está usando el 10.25% de la CPU, mientras que el contenedor database está usando el 5.50%.

Otro comando útil es docker top, que muestra los procesos en ejecución dentro de un contenedor específico. Para usar docker top, ejecuta el siguiente comando:

docker top <id-contenedor>

Reemplaza <id-contenedor> con el ID o nombre del contenedor que quieres inspeccionar. Este comando mostrará los procesos en ejecución dentro del contenedor, junto con su uso de CPU.

Por ejemplo:

PID                 USER                TIME                COMMAND
2345                root                0:05                nginx
3456                www-data            0:03                php-fpm

Aquí, los procesos nginx y php-fpm están en ejecución dentro del contenedor, y su uso de CPU puede ser monitorizado.

Para gestionar los recursos de CPU en contenedores Docker, puedes usar las opciones --cpus y --cpuset-cpus al ejecutar contenedores. La opción --cpus te permite especificar el número de CPUs que un contenedor puede usar, mientras que --cpuset-cpus te permite asignar núcleos de CPU específicos a un contenedor.

Por ejemplo, para limitar un contenedor a usar solo el 50% de la CPU, puedes ejecutar:

docker run --cpus=0.5 <imagen>

Monitorizando el uso de CPU y estableciendo límites de recursos apropiados, puedes asegurarte de que los contenedores no sobrecarguen el sistema host y mantengan un rendimiento óptimo.

Monitorización del uso de CPU en clusters de Kubernetes

Una de las herramientas incorporadas para monitorizar el uso de CPU en Kubernetes es el Metrics Server. El Metrics Server recopila métricas de uso de recursos de los nodos de Kubernetes y proporciona una API para consultar esas métricas. Para habilitar el Metrics Server, necesitas desplegarlo en tu cluster.

Una vez que el Metrics Server está desplegado, puedes usar el comando kubectl top para ver el uso de CPU de nodos y pods. Por ejemplo, para ver el uso de CPU de los nodos, ejecuta:

kubectl top nodes

Este comando mostrará el uso de CPU y otras métricas de recursos para cada nodo en el cluster.

Por ejemplo:

NAME           CPU(cores)   CPU%   MEMORY(bytes)   MEMORY%
node-1         0.5          10%    1000Mi          25%
node-2         0.8          20%    1500Mi          30%

Para ver el uso de CPU de los pods, ejecut:

kubectl top pods

Este comando mostrará el uso de CPU y otras métricas de recursos para cada pod en el espacio de nombres actual.

Por ejemplo:

NAME                     CPU(cores)   MEMORY(bytes)
web-server-5c6f7f7d5     100m         200Mi
database-6b5c79d4b       50m          100Mi

Aquí, el pod web-server está usando 100 milicores (0.1 CPU) y el pod database está usando 50 milicores (0.05 CPU).

Otra herramienta para monitorizar el uso de CPU en Kubernetes es el Panel de Control de Kubernetes. El Panel de Control de Kubernetes proporciona una interfaz web para monitorizar y gestionar los recursos del cluster. Muestra métricas de uso de CPU para nodos y pods en un formato gráfico, facilitando la visualización y análisis de la utilización de recursos.

Para obtener capacidades de monitorización más avanzadas, puedes usar herramientas como Prometheus y Grafana. Prometheus es un sistema de monitorización y alerta que puede recopilar y almacenar métricas de varias fuentes, incluyendo Kubernetes. Grafana es una plataforma de visualización de datos que te permite crear paneles de control y gráficos basados en las métricas recopiladas por Prometheus.

Al desplegar Prometheus y Grafana en tu cluster de Kubernetes, puedes configurar la monitorización y alertas para el uso de CPU en pods, nodos y todo el cluster. Prometheus puede obtener métricas del servidor API de Kubernetes, así como de pods y nodos individuales usando exportadores.

Con Grafana, puedes crear paneles de control personalizados para visualizar métricas de uso de CPU, configurar alertas basadas en umbrales predefinidos y obtener información sobre el rendimiento y la utilización de recursos de tu cluster de Kubernetes.

Usando estas herramientas y capacidades de monitorización, puedes monitorizar y gestionar eficazmente el uso de CPU en clusters de Kubernetes, asegurando un rendimiento óptimo y una asignación de recursos adecuada para tus aplicaciones containerizadas.