Utilizzo della CPU su Linux - Come Controllare l'Uso della CPU su Linux

Cos'è l'utilizzo della CPU?

Fattori che contribuiscono a un elevato utilizzo della CPU

1. Processi intensivi: attività che richiedono molte risorse CPU, come la codifica video, simulazioni scientifiche o calcoli complessi, possono utilizzare una grande parte delle risorse della CPU, portando a un elevato utilizzo.

2. Risorse insufficienti: quando un sistema non ha abbastanza core del processore o memoria per gestire efficacemente il carico di lavoro, i processi possono competere per risorse limitate, risultando in un elevato utilizzo della CPU.

3. Attività in background: servizi, demoni e processi in background in esecuzione sul sistema possono contribuire a un elevato utilizzo medio della CPU, anche se non sono attivamente utilizzati dall'utente.

4. Applicazioni inefficienti: applicazioni poco ottimizzate o con bug possono utilizzare troppi cicli della CPU, causando un elevato utilizzo e influenzando le prestazioni complessive del sistema.

Trovare e risolvere le cause principali di un elevato utilizzo della CPU è importante per mantenere prestazioni ottimali del sistema e garantire un'esperienza utente fluida.

Comprendere le medie del carico CPU di Linux

Ad esempio, una media del carico di "1.0" significa che, in media, un processo era pronto per essere eseguito o in attesa di I/O del disco durante il periodo di tempo specificato. Una media del carico superiore al numero di core della CPU suggerisce che i processi stanno competendo per il tempo della CPU e il sistema potrebbe essere sovraccarico.

È importante notare che le medie del carico da sole non forniscono un quadro completo dell'utilizzo della CPU. Sono una misura del carico del sistema, che include l'utilizzo della CPU, l'attesa I/O e altri fattori. Per ottenere una comprensione più accurata dell'utilizzo della CPU, si consiglia di utilizzare strumenti che forniscono statistiche dettagliate sull'utilizzo della CPU, come top, htop o mpstat.

Utilizzo del comando "top"

L'output del comando "top" mostra varie statistiche di sistema, con le informazioni sull'utilizzo corrente della CPU nell'angolo in alto a destra. Ecco un esempio:

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

In questo esempio, la riga "%Cpu(s)" mostra la suddivisione dell'utilizzo della CPU:

• "us" (utente): tempo CPU speso per l'esecuzione di processi utente
• "sy" (sistema): tempo CPU speso per l'esecuzione di processi di sistema
• "ni" (nice): tempo CPU speso per l'esecuzione di processi con priorità modificata
• "id" (inattivo): tempo CPU trascorso in inattività
• "wa" (attesa I/O): tempo CPU speso in attesa di operazioni I/O

Il comando top mostra anche un elenco di processi in esecuzione ordinati per il loro utilizzo della CPU. Questo aiuta a identificare quali processi stanno utilizzando più risorse della CPU.

Utilizzo del comando "htop"

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

Una volta installato, esegui htop nel terminale per avviare l'interfaccia:

htop

L'interfaccia di "htop" mostra statistiche di sistema in tempo reale, incluso l'utilizzo del processore per core e un elenco di processi in esecuzione. Utilizza la codifica a colori e grafici visivi per mostrare l'utilizzo della CPU, rendendo semplice comprendere le informazioni.

Per controllare l'utilizzo della CPU con "htop":

1. Guarda il misuratore della CPU nella parte superiore dell'interfaccia, che mostra l'utilizzo complessivo della CPU e l'utilizzo per core.
2. Controlla l'elenco dei processi e la loro percentuale individuale di utilizzo della CPU nella colonna "%CPU".
3. Usa i tasti freccia per spostarti e il tasto "F1" per accedere all'aiuto e a più opzioni.

Il comando "htop" fornisce un modo semplice per controllare l'utilizzo della CPU e gestire i processi in modo interattivo.

Controllare l'utilizzo della CPU con "mpstat"

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

Per controllare l'utilizzo della CPU con "mpstat", usa il seguente comando:

mpstat

Questo mostrerà le statistiche di utilizzo della CPU, inclusa la percentuale di tempo trascorso in modalità utente, modalità sistema, inattività e attesa I/O.

Per ottenere informazioni più dettagliate, puoi impostare l'intervallo e il conteggio. Ad esempio, per mostrare l'utilizzo della CPU ogni 2 secondi per un totale di 5 volte:

mpstat 2 5

Il comando mpstat ti permette anche di visualizzare l'utilizzo della CPU per core utilizzando l'opzione -P seguita dal numero del core o ALL per tutti i core:

mpstat -P ALL

Questo mostrerà le statistiche di utilizzo della CPU per ogni singolo core, fornendo una vista più dettagliata dell'utilizzo della CPU.

Controllare l'utilizzo della CPU con "vmstat"

vmstat

Questo comando mostrerà un riepilogo dell'utilizzo delle risorse di sistema, incluse informazioni sull'attività della CPU. Le informazioni sull'utilizzo della CPU sono mostrate nelle ultime colonne:

• "us" (utente): Percentuale di tempo CPU speso per l'esecuzione di processi utente
• "sy" (sistema): Percentuale di tempo CPU speso per l'esecuzione di processi di sistema
• "id" (inattivo): Percentuale di tempo CPU inattivo
• "wa" (attesa I/O): Percentuale di tempo CPU speso in attesa di operazioni I/O

Per ottenere aggiornamenti in tempo reale dell'utilizzo della CPU, puoi impostare l'intervallo e il conteggio. Ad esempio, per mostrare l'utilizzo della CPU ogni 2 secondi per un totale di 5 volte:

vmstat 2 5

Il comando "vmstat" fornisce una breve panoramica dell'utilizzo delle risorse di sistema, incluso l'utilizzo della CPU, permettendoti di controllare rapidamente le prestazioni complessive del sistema.

Utilizzo del comando "sar" per l'analisi storica

Per controllare l'utilizzo della CPU con "sar", usa il seguente comando:

sar -u

Questo mostrerà le statistiche di utilizzo della CPU, inclusa la percentuale di tempo trascorso in modalità utente, modalità sistema, inattività e attesa I/O.

Per visualizzare i dati di utilizzo della CPU per un intervallo di tempo specifico, usa la seguente sintassi:

sar -u -s <ora_inizio> -e <ora_fine>

Sostituisci <ora_inizio> e <ora_fine> con gli orari di inizio e fine desiderati nel formato "HH:MM:SS".

Il comando sar ti permette anche di creare report per un periodo di tempo specifico. Ad esempio, per creare un report dell'utilizzo della CPU per le ultime 24 ore con intervalli di 1 ora:

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

Il report creato fornisce una visione storica dell'utilizzo della CPU, permettendoti di analizzare tendenze e modelli nel tempo.

Il comando "sar" offre molte opzioni per raccogliere e analizzare i dati sulle prestazioni del sistema. Consulta la pagina man di sar per un utilizzo più avanzato e opzioni.

Glances: uno strumento di monitoraggio del sistema

Per installare Glances sul tuo sistema Linux, puoi utilizzare il gestore di pacchetti della tua distribuzione. Ad esempio, su sistemi basati su Debian o Ubuntu, esegui:

sudo apt install glances

Su sistemi basati su Fedora, CentOS o RHEL, usa:

sudo dnf install glances

Una volta installato Glances, puoi avviarlo eseguendo il comando:

glances

L'interfaccia di Glances si aprirà, fornendo un riepilogo in tempo reale di varie risorse di sistema, incluso l'utilizzo della CPU.

Nella sezione CPU dell'output di Glances, puoi visualizzare la percentuale di utilizzo complessivo della CPU e una suddivisione dell'utilizzo della CPU per core. L'utilizzo della CPU è mostrato da barre codificate a colori, rendendo facile identificare il livello di utilizzo.

Glances fornisce anche informazioni aggiuntive, come il numero di processi in esecuzione, le medie del carico del sistema e i processi che consumano più CPU. Questa vista ti aiuta a identificare rapidamente eventuali problemi o attività che richiedono molte risorse.

Glances offre molte opzioni di configurazione e può essere personalizzato per adattarsi alle tue specifiche esigenze di monitoraggio. Supporta anche varie modalità di output, incluse interfacce basate sul web e l'esportazione di dati verso sistemi di monitoraggio esterni.

Altri strumenti di monitoraggio grafici

1. GNOME System Monitor: Questo è lo strumento di monitoraggio di sistema predefinito per l'ambiente desktop GNOME. Fornisce una vista grafica dell'utilizzo della CPU, insieme ad altre risorse di sistema come memoria e utilizzo del disco. GNOME System Monitor offre monitoraggio in tempo reale e permette di visualizzare l'utilizzo della CPU per processo, rendendo conveniente identificare le applicazioni che richiedono molte risorse.

2. KDE System Monitor (KSysGuard): KDE System Monitor è lo strumento di monitoraggio equivalente per l'ambiente desktop KDE Plasma. Offre funzionalità simili a GNOME System Monitor, fornendo una rappresentazione grafica dell'utilizzo della CPU e permettendoti di monitorare i singoli processi. KDE System Monitor include anche funzionalità avanzate come l'impostazione di avvisi e la creazione di sensori di monitoraggio personalizzati.

3. Conky: Conky è un monitor di sistema personalizzabile che può essere configurato per visualizzare varie informazioni di sistema, incluso l'utilizzo della CPU, sul desktop. Fornisce un modo leggero e flessibile per monitorare l'utilizzo della CPU in tempo reale. Conky ti permette di creare script e configurazioni personalizzate per adattare le informazioni visualizzate alle tue esigenze specifiche.

4. Xfce Task Manager: Per gli utenti dell'ambiente desktop Xfce, l'Xfce Task Manager è uno strumento semplice e diretto per monitorare le risorse di sistema, incluso l'utilizzo della CPU. Fornisce un'interfaccia pulita che visualizza le percentuali di utilizzo della CPU e ti permette di gestire i processi in esecuzione.

Questi strumenti di monitoraggio grafici offrono un modo intuitivo per tenere traccia dell'utilizzo del processore su sistemi Linux, specialmente per gli utenti che preferiscono una rappresentazione visiva dell'utilizzo delle risorse di sistema. Completano gli strumenti da riga di comando e forniscono un approccio alternativo al monitoraggio delle prestazioni della CPU su desktop e server Linux con ambienti grafici.

Identificazione dei processi che richiedono molte risorse CPU

Il comando top mostra una vista in tempo reale dei processi del sistema e del loro utilizzo delle risorse. Per identificare i processi che richiedono molte risorse CPU utilizzando top, segui questi passaggi:

1. Apri un terminale ed esegui il comando top.
2. Cerca i processi con valori elevati nella colonna "%CPU", che mostra la percentuale di tempo CPU utilizzato da ciascun processo.
3. Prendi nota dei processi che appaiono costantemente in cima alla lista con un elevato utilizzo della CPU.

Ad esempio:

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

In questo esempio, i processi stress-ng e video_encode stanno utilizzando risorse CPU significative.

Un altro comando utile è ps, che fornisce un'istantanea dei processi correnti. Per identificare i processi che richiedono molte risorse CPU utilizzando ps, usa il seguente comando:

ps aux --sort=-%cpu | head

Questo comando elenca tutti i processi ordinati per utilizzo della CPU in ordine decrescente e mostra i primi 10 processi che consumano più CPU.

Ad esempio:

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

Utilizzando top e ps, puoi identificare rapidamente i processi che causano un elevato utilizzo della CPU sul tuo server Linux.

Tecniche per ridurre l'elevato utilizzo della CPU

1. Ottimizzazione dei processi:

   • Esamina i processi identificati che richiedono molte risorse CPU e analizza le loro esigenze di risorse.
   • Ottimizza i processi regolando la loro configurazione, il numero di thread o utilizzando algoritmi più efficienti.
   • Considera l'uso di caching o l'ottimizzazione delle query del database per ridurre l'utilizzo della CPU.

2. Allocazione delle risorse:

   • Assicurati che il sistema abbia abbastanza core CPU e memoria per gestire il carico di lavoro.
   • Usa la priorità dei processi e la niceness per assegnare priorità appropriate ai processi importanti.
   • Utilizza i cgroups di Linux (gruppi di controllo) per limitare l'utilizzo della CPU di processi o gruppi di processi specifici.

3. Bilanciamento del carico:

   • Distribuisci il carico di lavoro su più server o CPU per evitare di sovraccaricare una singola risorsa.
   • Utilizza tecniche di bilanciamento del carico, come un bilanciatore del carico o framework di calcolo distribuito come Apache Hadoop o Apache Spark.

4. Monitoraggio e avvisi:

   • Configura sistemi di monitoraggio per tracciare continuamente l'utilizzo della CPU e altre metriche di sistema.
   • Configura avvisi per notificare gli amministratori quando l'utilizzo della CPU supera soglie predefinite.
   • Utilizza strumenti come Nagios, Zabbix o Prometheus per monitorare e avvisare sull'utilizzo della CPU.

5. Scalabilità e auto-scaling:

   • Implementa la scalabilità orizzontale aggiungendo più server per gestire l'aumento del carico di lavoro.
   • Utilizza soluzioni di auto-scaling, come Kubernetes o AWS Auto Scaling, per regolare automaticamente il numero di istanze in base all'utilizzo della CPU.

6. Ottimizzazione del codice:

   • Profila e ottimizza il codice dell'applicazione per identificare e risolvere i colli di bottiglia delle prestazioni.
   • Utilizza strumenti di profilazione come perf, Valgrind o GDB per analizzare le prestazioni del codice e identificare aree di ottimizzazione.

7. Caching e condivisione delle risorse:

   • Implementa il caching per memorizzare i dati frequentemente accessibili in memoria, riducendo l'utilizzo della CPU per operazioni ripetute.
   • Condividi risorse, come connessioni al database o pool di thread, per minimizzare l'overhead delle risorse.

Monitora e rivedi regolarmente l'utilizzo della CPU per identificare eventuali nuovi problemi o problemi ricorrenti. L'ottimizzazione continua dei processi, la messa a punto dell'allocazione delle risorse e l'implementazione delle migliori pratiche possono aiutare a mantenere un utilizzo ottimale della CPU sui tuoi server Linux.

Seguendo queste tecniche e migliori pratiche, puoi risolvere efficacemente i problemi e gestire l'elevato utilizzo della CPU sui server Linux, garantendo prestazioni ottimali e l'utilizzo delle risorse.

Monitoraggio dell'utilizzo della CPU dei container Docker

Uno dei comandi più utili è docker stats, che mostra statistiche sull'utilizzo delle risorse in tempo reale per i container in esecuzione. Per utilizzare docker stats, esegui il seguente comando:

docker stats

Questo comando mostrerà un elenco continuamente aggiornato di container e le loro percentuali di utilizzo della CPU, insieme ad altre metriche di risorse come l'utilizzo della memoria e l'I/O di rete.

Ad esempio:

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

In questo esempio, il container web-server sta utilizzando il 10.25% della CPU, mentre il container database sta utilizzando il 5.50%.

Un altro comando utile è docker top, che mostra i processi in esecuzione all'interno di un container specifico. Per utilizzare docker top, esegui il seguente comando:

docker top <container-id>

Sostituisci <container-id> con l'ID o il nome del container che vuoi ispezionare. Questo comando mostrerà i processi in esecuzione all'interno del container, insieme al loro utilizzo della CPU.

Ad esempio:

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

Qui, i processi nginx e php-fpm sono in esecuzione all'interno del container, e il loro utilizzo della CPU può essere monitorato.

Per gestire le risorse CPU nei container Docker, puoi utilizzare le opzioni --cpus e --cpuset-cpus quando esegui i container. L'opzione --cpus ti permette di specificare il numero di CPU che un container può utilizzare, mentre --cpuset-cpus ti permette di assegnare specifici core CPU a un container.

Ad esempio, per limitare un container a utilizzare solo il 50% della CPU, puoi eseguire:

docker run --cpus=0.5 <immagine>

Monitorando l'utilizzo della CPU e impostando limiti di risorse appropriati, puoi assicurarti che i container non sovraccarichino il sistema host e mantengano prestazioni ottimali.

Monitoraggio dell'utilizzo della CPU nei cluster Kubernetes

Uno degli strumenti integrati per monitorare l'utilizzo della CPU in Kubernetes è il Metrics Server. Il Metrics Server raccoglie metriche di utilizzo delle risorse dai nodi Kubernetes e fornisce un'API per interrogare queste metriche. Per abilitare il Metrics Server, devi distribuirlo nel tuo cluster.

Una volta che il Metrics Server è distribuito, puoi utilizzare il comando kubectl top per visualizzare l'utilizzo della CPU per i nodi e i pod. Ad esempio, per visualizzare l'utilizzo della CPU per i nodi, esegui:

kubectl top nodes

Questo comando mostrerà l'utilizzo della CPU e altre metriche di risorse per ogni nodo nel cluster.

Ad esempio:

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

Per visualizzare l'utilizzo della CPU per i pod, esegui:

kubectl top pods

Questo comando mostrerà l'utilizzo della CPU e altre metriche di risorse per ogni pod nel namespace corrente.

Ad esempio:

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

Qui, il pod web-server sta utilizzando 100 millicores (0.1 CPU) e il pod database sta utilizzando 50 millicores (0.05 CPU).

Un altro strumento per monitorare l'utilizzo della CPU in Kubernetes è la Dashboard di Kubernetes. La Dashboard di Kubernetes fornisce un'interfaccia web per monitorare e gestire le risorse del cluster. Visualizza metriche di utilizzo della CPU per nodi e pod in formato grafico, rendendo più facile visualizzare e analizzare l'utilizzo delle risorse.

Per ottenere capacità di monitoraggio più avanzate, puoi utilizzare strumenti come Prometheus e Grafana. Prometheus è un sistema di monitoraggio e allerta che può raccogliere e memorizzare metriche da varie fonti, incluso Kubernetes. Grafana è una piattaforma di visualizzazione dei dati che ti permette di creare dashboard e grafici basati sulle metriche raccolte da Prometheus.

Distribuendo Prometheus e Grafana nel tuo cluster Kubernetes, puoi configurare il monitoraggio e gli avvisi per l'utilizzo della CPU su pod, nodi e l'intero cluster. Prometheus può ottenere metriche dal server API di Kubernetes, così come dai singoli pod e nodi utilizzando gli esportatori.

Con Grafana, puoi creare dashboard personalizzate per visualizzare le metriche di utilizzo della CPU, configurare avvisi basati su soglie predefinite e ottenere informazioni sulle prestazioni e l'utilizzo delle risorse del tuo cluster Kubernetes.

Utilizzando questi strumenti e capacità di monitoraggio, puoi monitorare e gestire efficacemente l'utilizzo della CPU nei cluster Kubernetes, garantendo prestazioni ottimali e l'allocazione delle risorse per le tue applicazioni containerizzate.