Unix/Linux 系统自动化管理 CPU 管理篇（3）

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了解 Linux 系统中的可用 CPU 资源Linux 系统由于其开放性的优势，近年来在易用性，稳定性和市场占有率上获得了一定的进步。Linux 提供了一个特殊而强大的伪文件系统 proc。在设计之初，proc 的目的是用户能够方便快捷的访问进程。经过长时间的发展，proc 文件系统已经可以提供查询系统状态，例如 CPU 状态，更改系统参数等多方面的功能。
在绝大多数的 Linux 发行版中，/proc 文件系统在系统启动时缺省挂载到目录 /proc，作为操作系统和应用进程的接口。用户和应用程序可以通过 proc 得到系统的信息，并可以改变内核的某些参数。/proc 目录中包含了许多特殊文件以允许对驱动和内核信息进行高层访问。只要用户或应用程序有正确的访问权限，它们就可以通过读写这些文件来获得信息或设置参数。由于 Linux 系统的状态，如进程占用的资源，是动态改变的，所以用户或应用程序读取 proc 文件时，proc 文件系统是动态从系统内核读出所需信息并提交的。当系统重启或者电源关闭的时候，/proc 系统中原有的数据和信息将全部丢失。但在下次系统启动时会重新建立。下面会介绍与 CPU 直接相关的两个 /proc 文件，cpuinfo 和 loadavg。
文件 /proc/cpuinfo 存放了 Linux 系统的 CPU 信息。随着 Linux 发行版，CPU 的类型、设置的不同，该文件的内容会有比较大的差异。有些发行版本的 cpuinfo 文件包含了诸如 CPU 步进 (stepping)，制造厂商等详细的 CPU 硬件信息。而在一部分发行版中，该文件仅包含了每个处理器的基本信息，比如时钟频率。需要用户注意的是，在使用了 SMT 技术的系统上，/proc/cpuinfo 显示的是逻辑处理器的个数和属性。
清单 7. 在 IBM JS BladeCenter 上读取 /proc/cpuinfo

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# cat /proc/cpuinfo processor       : 0 CPU             : POWER6 (raw), altivec supported clock           : 4005.000000MHz revision        : 3.1 (pvr 003e 0301) processor       : 1 CPU             : POWER6 (raw), altivec supported clock           : 4005.000000MHz revision        : 3.1 (pvr 003e 0301) processor       : 2 CPU             : POWER6 (raw), altivec supported clock           : 4005.000000MHz revision        : 3.1 (pvr 003e 0301) processor       : 3 CPU             : POWER6 (raw), altivec supported clock           : 4005.000000MHz revision        : 3.1 (pvr 003e 0301) processor       : 4 CPU             : POWER6 (raw), altivec supported clock           : 4005.000000MHz revision        : 3.1 (pvr 003e 0301) processor       : 5 CPU             : POWER6 (raw), altivec supported clock           : 4005.000000MHz revision        : 3.1 (pvr 003e 0301) processor       : 6 CPU             : POWER6 (raw), altivec supported clock           : 4005.000000MHz revision        : 3.1 (pvr 003e 0301) processor       : 7 CPU             : POWER6 (raw), altivec supported clock           : 4005.000000MHz revision        : 3.1 (pvr 003e 0301) clock           : 4005.000000MHz revision        : 3.1 (pvr 003e 0301) timebase        : 512000000 platform        : pSeries model           : IBM,7998-61X machine         : CHRP IBM,7998-61X

Linux 支持众多的硬件类型，并且有很多有差异的发行版。没有统一的命令可以得到或查询 SMT 的状态。但在基于 Power 核心的 IBM 服务器上，可以使用 ppc_64 命令。
清单 8. 使用 ppc_64 命令获得 SMT 的设置

1 2	# ppc64_cpu --smt smt is on

这条命令同样可以用来改变 SMT 的设置，详细用法请参阅命令说明。
在了解到 SMT 被开启以后分析 /proc/cpuinfo 文件的内容。可以看到系统中共有八个逻辑处理器 (Logical CPU)，所以物理处理器的个数是 8 / 2 = 4。它们都是 IBM pSeries 系列的 Power 6 处理器，支持 Altivec 指令集，运行于 4GHz，修订版本为 3.1，基准时钟频率 (time base) 为 512MHz。在文件最后的内容表示了机器的硬件类型 7998-61X。查询 IBM 网站可知这是 IBM BladeCenter JS22 的刀片服务器。
因为 IBM 的微分区技术构建于 Linux 系统之下，所以为了获得微分区的被分配的物理处理器个数，需要访问 HMC(Hardware Management Console) 或 AMM(Advanced Management Module)。具体使用可参阅本文的 AIX 部分或者 IBM 的使用说明。
从 2.6.20 开始，Linux 内核引入了 KVM (Kernel-based Virtual Machine) 作为标准的虚拟化解决方案。在 KVM 中 /proc/cpuinfo 的内容会与宿主机不同，一些情况下可以帮助用户知道当前的系统是否是 KVM 下的虚拟环境
清单 9. 在 KVM 的虚拟机中读取 /proc/cpuinfo

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# cat /proc/cpuinfo processor       : 0 vendor_id       : GenuineIntel CPU family      : 6 model           : 2 model name      : QEMU Virtual CPU version 0.9.1 stepping        : 3 CPU MHz         : 2660.129 cache size      : 2048 KB fdiv_bug        : no hlt_bug         : no f00f_bug        : no coma_bug        : no fpu             : yes fpu_exception   : yes CPUid level     : 2 wp              : yes flags           : fpu de pse tsc msr pae mce cx8 apic mtrr pge mca cmov pat pse36                   clflush mmx fxsr sse sse2 nx lm up pni bogomips        : 5326.47

在模式名 (model name) 中可以知道，本机使用了基于 QEMU 模拟器的虚拟处理器。
IBM 的 System x 系列服务器使用了不同的硬件类型，用户可以仅通过读取 /proc/cpuinfo 的内容获得包括 SMT 等的系统设置。
获得系统处理器配置的代码示例下面的例子代码适用于使用 Power CPU 或者 Intel CPU 的 Linux 系统，并在 Redhat 企业服务器版和 Suse 企业服务器版上测试通过。它首先运行命令 arch 判断当前系统的运行平台，并读取 /proc/cpuinfo 文件。在 Power 平台上调用特有的 ppc64_cpu 命令获得 SMT 配置，并读取 /proc/ppc64/lparcfg 文件以获得 CPU 的运行模式；在 System x 系列服务器上则是通过解析文件 /proc/cpuinfo 的内容来获得 SMT 配置。代码的最后依次输出了系统中 CPU 资源的数量、配置、运行模式和类型。
清单 10. 获取系统 CPU 资源配置的代码示例

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# 得到 /proc/cpuinfo 文件的内容 my $cpu_file = '/proc/cpuinfo'; open FILE, "<$cpu_file" or die "Failed to open $cpu_file.\n"; my @contents = <FILE>; close FILE; my ($smt, $dedicate); # Power 服务器上运行的 Linux 发行版有自己的命令和配置文件 my $arch = `arch`; if ($arch =~ /ppc64/){    # 得到 Power 服务器上的 SMT 配置    my $output = `ppc64_cpu --smt`;    if ($output =~ m/off/){        $smt = "off";    }elsif ($output =~ m/on/){        $smt = "on";    }else{        die "Command ppc64_cpu does not work well. Please reinstall powerpc-utils        to fix this issue.\n";    }    # 从 lparcfg 文件读出处理器运行模式    my $cfg_file = '/proc/ppc64/lparcfg';    open FILE, "<$cfg_file" or die "Failed to open $cfg_file.\n";    my @cfgs = <FILE>;    close FILE;    foreach my $line (@cfgs){        if ($line =~ /shared_processor_mode=0/){            $dedicate = 1; # dedicated CPU            last;        }    } } # 解析 /proc/cpuinfo 文件的内容 my $proc_num = 0; my $line_num = 0; my (@physical_ids, $latest_proc_line_num); foreach my $line (@contents){    $line_num ++; chomp $line; # 得到虚拟处理器的个数    if ($line =~ /processor\s+: \d/){        $proc_num ++;        $latest_proc_line_num = $line_num;    }    if ($arch =~ /86/ && $line =~ /physical id/ && !grep (/^\Q$line\E$/, @physical_ids)){        push @physical_ids, $line;    } } # 得到 x86 构架系统的 SMT 配置 my $phy_proc_num = scalar(@physical_ids); if ($arch =~ /86/ && ($proc_num > $phy_proc_num)){    $smt = "on"; }elsif ($arch =~ /86/ && ($proc_num == $phy_proc_num)){    $smt = "off"; } # 得到 Power 服务器的虚拟处理器个数 my $vir_proc_num; if ($arch =~ /ppc64/ && $smt eq "on"){    $vir_proc_num = $proc_num/2; }elsif ($arch =~ /ppc64/ && $smt eq "off"){    $vir_proc_num = $proc_num; } # 输出处理器个数 if ($arch =~ /86/){    print "There exist $phy_proc_num physical processors and $proc_num logical    processors in the system.\n"; }elsif ($arch =~ /ppc64/){    print "There exist $vir_proc_num virtual processors and $proc_num logical    processors in the system.\n"; } # 输出 SMT 配置 if ($smt eq "on"){    print "SMT is $smt on this machine.\n"; }else{    print "SMT is $smt on this machine. This means potential performance issue in some    applications. Please make sure that's the configuration you want.\n"; } # 输出处理器运行模式 if ($arch =~ /ppc64/ && $dedicate){    print "System processors are dedicated.\n"; }elsif ($arch =~ /ppc64/ && !$dedicate){    print "System processors are shared.\n"; } # 输出 /proc/cpuinfo 中的处理器关键信息 for (my $i = $latest_proc_line_num; $i < scalar(@contents); $i ++){    print "$contents[$i]\n"; }