AIX 5L 性能优化: 监视您的 CPU，第 3 部分

引言

本文的内容包括线程、进程和 CPU 绑定。本文还讨论了如何使用在前面几期文章中介绍的一些工具，以便对您的系统进行更改。同时，本文还介绍了 AIX Version 5.3 中用于优化 CPU 调度程序的最重要的命令以及线程绑定的各种方法。

初级的管理员可能认为进程管理只不过就是监视活动的进程、终止失控的或僵死的进程。您将会发现，进程管理并不仅仅只是使用 kill 命令或者甚至 nice 命令。在继续学习后面的内容之前，需要弄清楚一个基本的问题，即进程与线程之间存在怎样的关系。其答案非常的简单。进程是 AIX 用于控制系统资源使用的实体，而线程则用于控制使用的时间，因为每个内核线程都是一个单独的顺序控制流。每个进程由一个或多个线程组成。您可以根据实际情况来控制线程的使用。要做到这一点，您需要了解一些相关的工具，这些工具允许您使用线程来提高 CPU 的性能，而这正是本系列文章中最后一部分内容的研究范围。

线程监视

在这个部分中，我将介绍一些相关的工具和命令，它们可以帮助您监视和分析线程的使用。尽管在 AIX Version 4 中就引入了通过线程的使用来控制处理器使用时间的方法，但是直到 AIX 5L™ 才真正提供了帮助您监视和分析线程使用的系统管理工具。其中一种工具是 Procmon，在 AIX Version 5.3 中引入了该工具。

Procmon 可以显示进程的列表（当您的系统变化时，该列表也将动态地变化），通过这个列表，您可以收集有关系统中正在运行的进程的信息。与其他监视工具相比，其独特之处在于，它允许您运行各种命令以简化进程和线程的管理。它能够收集的、与性能优化相关的一些关键信息包括：

• 某个进程实际使用的 CPU 时间
• 某个进程的内存和 I/O 用量
• 进程的 nice（优先级调整参数）值及其优先级

您甚至可以 kill 任务（终止任务），并且动态地 renice 它们（调整其优先级）。图 1 给出了关于整体性能的图形表示。要启动 Performance Workbench Platform，可以使用： # perfwb。

图 1. Procmon partition performance 选项卡
 

其中还包括一个进程表视图，用于在经过排序的表格中显示线程列表。您只需选择 Show threads metrics 即可（请参见图 2）。

图 2. Procmon processes 选项卡
 

其他的一些菜单允许您 kill 进程（终止进程）或者 renice 它们（重新调整进程的优先级），请参见图 3。

图 3. renice 命令对话框
 

那么，nice 究竟是什么呢？您可以使用 nice 命令调整给定进程的优先级。所有进程的缺省值都为 20。使用 renice 命令（通过 Procmon 或者命令行）可以使得系统为给定的进程分配一个更高的或者更低的优先级。在进行该操作时，您实际上通过更改进程的 nice 值，从而更改了线程优先级的值（缺省值为 40）。

如果您在运行 ps 命令时使用了 -l 标志，那么您将看到具体的 nice 信息（请参见清单 1）。

清单 1. nice 信息

                
# ps -l
       F S  UID   PID  PPID   C PRI NI ADDR    SZ    WCHAN    TTY  TIME CMD
  200001 A    0 12972 45770   0  60 20 dea6   764           pts/1  0:00 ksh
  200001 A    0 33816 12972   3  61 20 36168   440           pts/1  0:00 ps
  240001 A  207 45770 40374   0  60 20 258ec   744           pts/1  0:00 ksh

让我们通过 nice 启动一个新的 ksh，更改进程的优先级：# nice --10 ksh（请参见清单 2）。

当您再次使用 ps 查看进程表时，您将看到，对于这个进程以及它通过 fork 系统调用创建的子进程，它们的优先级都不再是缺省值。

清单 2. 使用 nice 命令得到的新的 ksh

                
# ps -l
       F S  UID   PID  PPID   C PRI NI ADDR    SZ    WCHAN    TTY  TIME CMD
  200001 A    0 12972 45770   0  60 20 dea6   764           pts/1  0:00 ksh
  200001 A    0 17246 12972   0  50 10 68a1f   748           pts/1  0:00 ksh
  200001 A    0 18450 17246   1  50 10 51bb1   380           pts/1  0:00 ps
  240001 A  207 45770 40374   0  60 20 258ec   744           pts/1  0:00 ksh

您还可以使用 renice 命令（前面在介绍 Procmon 的图 3 中对该命令进行了说明），以便动态地为一个运行的进程重新分配优先级。

让我们回到 ps。如果您希望更详细地查看相关的线程，那么您可以使用 -mo 标志（请参见清单 3）。

清单 3. 使用 -mo 标志以便更详细地查看您的线程

                
# ps -mo THREAD
    USER   PID  PPID    TID ST  CP PRI SC    WCHAN        F     TT BND COMMAND
    root 12800 45770      - A    0  60  1        -   200001  pts/1   - -ksh
       -     -     -  56759 S    0  60  1        -    10400      -   - -
    root 44648 12800      - A    1  60  1        -   200001  pts/1   - ps -mo THREAD
       -     -     -  64905 R    1  60  1        -        0      -   - -
kmilberg 45770 40374      - A    0  60  1        -   240001  pts/1   - -ksh
       -     -     -  54005 S    0  60  1        -    10400      -   - -

尽管大多数管理员通常仅在进行 ps -ef 操作时使用 ps，但是如果您更仔细地研究它的特性，那么您将会了解到更多关于 ps 的内容。

更改线程的优先级

您已经了解了如何更改进程的优先级，那么对于线程又该如何操作呢？这部分内容介绍了如何更改用于计算每个线程优先级值的 CPU 调度参数。您可以使用 schedo（在 AIX Version 5.2 及更早的版本中是 schedune）来完成这项工作。

首先，您需要确保拥有下面的文件集（请参见 清单 4）。

清单 4. 检查文件集

                
# lslpp -lI bos.perf.tune
  Fileset                      Level  State      Description
  ----------------------------------------------------------------------------
Path: /usr/lib/objrepos
  bos.perf.tune             5.2.0.10  COMMITTED  Performance Tuning Support

Path: /etc/objrepos
  bos.perf.tune             5.2.0.10  COMMITTED  Performance Tuning Support

现在，让我们报告所有的 CPU 参数，如清单 5 所示。

清单 5. 报告所有的 CPU 参数

                
# schedo -a
              %usDelta = 100
          affinity_lim = 7
         big_tick_size = 1
      fixed_pri_global = 0
             force_grq = 0
idle_migration_barrier = 4
               maxspin = 16384
              pacefork = 10
               sched_D = 16
               sched_R = 16
             timeslice = 1
         v_exempt_secs = 2
         v_min_process = 2
           v_repage_hi = 0
         v_repage_proc = 4
            v_sec_wait = 1

首先从 fixed_pri_global 开始进行分析。它的缺省设置为 0。当 CPU 准备分派线程时，它会先检查全局运行队列，然后再检查其他队列。当线程在 CPU 上的时间片结束之后，它将被重新放回到这个队列中。这可以帮助维护处理器的关联性（稍后我将介绍这部分内容）。要提高整体的线程性能，您可以将名为 RT_GRQ 的环境变量设置为 ON。这样一来，就会自动地将线程放入到全局运行队列中。如果您将缺省值从 0 更改为 1，那么所有固定优先级的线程都将放入到这个运行队列中。您可以执行下面的命令将缺省值从 0 更改为 1： #schedo -o fix_pri_global=1。

让我们再来讨论一下线程。用户进程的实际优先级会随着时间发生变化，这取决于该进程最近所使用的 CPU 时间。您需要查看的参数包括 sched_R 和 sched_D。这两个参数值的单位都是 1/32 秒，并且它们的缺省值都为 16。而且，对于刚创建的线程，其 CPU 值为 0。随着线程在 CPU 上执行时间的增加，其 CPU 使用时间将会递增。实际上，调度程序使用下面的公式来计算 CPU 使用时间： CPU usage = CPU usage*(D/32)。

在这个示例中，如果 D 参数设置为 32，那么线程的 CPU 使用时间将不会衰减，而该参数的缺省值为 16，这样就允许 CPU 使用时间随着时间的推移而衰减，从而使其获得更多的在 CPU 上执行的时间。

每个 CPU 都有一个专门的运行队列。运行队列是由运行线程所组成的列表，按照线程优先级的值进行排序。一共有 256 种线程优先级（从 0 到 255）。还有一个附加的全局运行队列，其中放的是新的线程。

Schedo 通常用于更改调度程序时间片的长度。要更改时间片，可以使用 schedo -o timeslice=value 选项。增加时间片的长度可以提高系统吞吐量，因为减少了上下文的切换。在进行这种更改之前，请确保反复地运行 vmstat 以确定系统中确实正在进行大量的上下文切换工作。

CPU 绑定

在这部分内容中，我将介绍有关 CPU 绑定的主题，即允许进程在特定的处理器上运行。这个术语本身可称为处理器关联。处理器关联有许多用途，其中一些甚至可以在调试的过程中使用。例如，您可以将线程绑定到给定的处理器，以找出导致某个挂起程序的根源。通常，在尝试将程序分散到多处理机系统（例如 SMP 系统）中时，会使用到处理器关联。您所使用的命令是 bindprocessor 命令。假定启用了同步多线程 (SMT)，这是缺省的行为，那么在运行 bindprocessor 命令时，会将物理处理器的每个硬件线程作为单独的处理器列举出来。在 POWER5 芯片中，每个处理器中有两个硬件线程。对于共享的处理器逻辑分区 (LPAR)，使用这个命令可以绑定到虚拟 CPU，所以您必须非常小心，因为它可能会导致预先安排运行于特定 CPU 的应用程序出现问题。让我们首先检查一下是否启用了 SMT（请参见 清单 6）。 
清单 6. 检查是否启用了 SMT

                    
# smtctl

SMT is currently enabled.

 

清单 7 显示了一个启用了 SMT 的双向系统的输出。 
清单 7. 一个启用了 SMT 的双向系统的输出

                    
# bindprocessor -q
The available processors are:  0 1 2 3

 

如果您希望将一个进程绑定到某个特定的 CPU，非常简单，可以执行下面的命令：

# bindprocessor 12741 2

 

有时候，会很自然地出现处理器关联的情况。当某个线程在一个 CPU 上运行并发生了中断，通常会将它放回到相同的 CPU 上运行，因为这个处理器的缓存中仍然保存了属于该线程的相关信息。如果将其分派到另一个 CPU，它可能不得不从 RAM 中获取相关信息，而这将极大地降低处理的速度。

您还可以使用子例程来绑定线程，尽管我在进行这种工作时会倍加小心。它所执行的操作是将一个进程中所有的内核线程绑定到某个处理器，这样做将强制这些线程运行于某个特定的处理器中，直到解除对它们的绑定。

编程中使用的另一个重要线程命令是 gprof。gprof 命令为您所编译的程序（可能是用 C、Pascal、FORTRAN、或者甚至是 COBOL 编写的程序）产生一个执行概要。gprof 可以报告您的程序中所有子例程的流程控制，并为您提供每个子例程所使用的 CPU 时间。在对进程如何使用 CPU 资源进行故障诊断时，这是非常有用的。相关的数据来自于概要文件 (gmon.out)。您可以使用 gprof 对您的程序进行概要分析，并确定哪些函数正在使用 CPU。概要数据来自于调用关系图概要文件（缺省情况下是 gmon.out）。那么，在 AIX Version 5.3 中有何不同呢？因为 AIX Version 5.3 允许输出文件的概要具有用户指定的名称（通过设置特殊的环境变量），所以，为线程提供了附加的概要支持和选项，而这些都会影响所收集的概要数据的类型。

总结

在本文中，我介绍了控制线程使用和 CPU 绑定的重要性。您了解了一些用于分析线程和管理进程的、关键的工具和实用程序。而且，您使用 schedo 对内核进行了优化，了解了与处理器关联有关的所有内容，并掌握了如何绑定 CPU。本系列文章主要介绍关于 CPU 监视的内容，共由三篇文章组成，首先引入了优化的概念，然后介绍了监视和数据收集，最后以系统优化和管理作为结束。尽管大多数的读者可能对内存子系统的优化更加熟悉，但是我希望通过本系列文章说明 CPU 监视和优化的重要性。

参考资料

学习

• 您可以参阅本文在 developerWorks 全球站点上的 英文原文 。
  
  
• AIX 5L 性能优化：查看本系列中的其他部分。
  
  
• High-Performance Architecture with a History ：阅读这篇文章，以获得关于 PowerPC® 体系结构的简要描述。
  
  
• “Power to the People”：阅读这篇文章，以了解 IBM 在芯片制造方面的历史。
  
  
• “Processor Affinity on AIX”：使用进程关联设置来绑定线程或者取消线程的绑定，这样做可以帮助您找出产生棘手的挂起或死锁问题的根源。阅读这篇文章，以了解如何使用处理器关联来限制进程，并仅在指定的中央处理单元 (CPU) 上运行该进程。
  
  
• “CPU 监视和优化”：阅读这篇文章，以了解标准的 AIX 工具如何帮助您确定 CPU 瓶颈。
  
  
• “AIX 5L Version 5.3：为您提供了哪些新的特性”：了解 AIX 5L Version 5.3 中的哪些特性能够使您获益。
  
  
• 操作系统与设备管理：IBM 的这个文档为用户和系统管理员提供了全面的信息，以便在执行诸如备份和还原系统、管理物理和逻辑存储、以及确定合适的分页空间之类的任务时，帮助您选择合适的选项。
  
  
• “nmon 性能：分析 AIX 和 Linux 性能的免费工具”：这个免费的工具可以在一个屏幕上为您提供大量的信息。
  
  
• “ nmon analyser——生成 AIX 性能报告的免费工具”：阅读这篇文章，以了解如何从 nmon 输出中生成大量的报告图形。
  
  
• 请查看下列 IBM 红皮书：
  • IBM Redbook AIX 5L Practical Performance Tools and Tuning Guide
  • Advanced POWER Virtualization on IBM eServer™ p5 Servers:Architecture and Performance Considerations
  • AIX 5L Practical Performance Tools and Tuning Guide
  • The AIX 5L Differences Guide Version 5.3 Edition
  
  
• 查看下面的 Wiki：
  • topas
  • Ganglia
  
  
• 查看 Ken Milberg 撰写的其他文章和教程：
  • Across developerWorks and IBM
  
  
• AIX and UNIX专区：developerWorks的“AIX and UNIX ”专区提供了大量与 AIX 系统管理的所有方面相关的信息，您可以利用它们来扩展自己的 UNIX 技能。
  
  
• AIX and UNIX 新手入门：访问developerWorks的“AIX and UNIX 新手入门”页面可了解更多关于 AIX 和 UNIX 的内容。
  
  
• AIX 5L Wiki：发现 AIX 相关技术信息的协作环境。
  
  
• 按主题搜索“AIX and UNIX”库：
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