Utilização da CPU no Linux - Como Verificar o Uso da CPU no Linux

O que é o Uso da CPU?

Fatores que Contribuem para o Alto Uso da CPU

1. Processos intensivos: Tarefas que exigem muito da CPU, como codificação de vídeo, simulações científicas ou cálculos complexos, podem usar uma grande parte dos recursos da CPU, levando a um alto uso.

2. Recursos insuficientes: Quando um sistema não tem núcleos de processador ou memória suficientes para lidar eficientemente com a carga de trabalho, os processos podem competir por recursos limitados, resultando em alto uso da CPU.

3. Tarefas em segundo plano: Serviços, daemons e processos em segundo plano executados no sistema podem contribuir para o alto uso médio da CPU, mesmo que não sejam ativamente usados pelo usuário.

4. Aplicativos ineficientes: Aplicativos mal otimizados ou com bugs podem usar ciclos de CPU em excesso, causando alto uso e impactando o desempenho geral do sistema.

Encontrar e corrigir as causas raiz do alto uso da CPU é importante para manter o desempenho ideal do sistema e garantir uma experiência de usuário tranquila.

Entendendo as Médias de Carga da CPU no Linux

Por exemplo, uma média de carga de "1.0" significa que, em média, um processo estava pronto para ser executado ou esperando por E/S de disco durante o período de tempo especificado. Uma média de carga maior que o número de núcleos de CPU sugere que os processos estão competindo por tempo de CPU, e o sistema pode estar sobrecarregado.

É importante notar que as médias de carga sozinhas não fornecem uma imagem completa do uso da CPU. Elas são uma medida da carga do sistema, que inclui o uso da CPU, espera de E/S e outros fatores. Para obter uma compreensão mais precisa do uso da CPU, é recomendável usar ferramentas que forneçam estatísticas detalhadas de uso da CPU, como top, htop ou mpstat.

Usando o Comando "top"

A saída do comando "top" mostra várias estatísticas do sistema, com as informações atuais de uso da CPU no canto superior direito. Aqui está um exemplo:

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

Neste exemplo, a linha "%Cpu(s)" mostra a divisão do uso da CPU:

• "us" (usuário): Tempo de CPU gasto executando processos do usuário
• "sy" (sistema): Tempo de CPU gasto executando processos do sistema
• "ni" (nice): Tempo de CPU gasto executando processos com prioridade alterada
• "id" (ocioso): Tempo de CPU ocioso
• "wa" (espera de E/S): Tempo de CPU gasto esperando por operações de E/S

O comando top também mostra uma lista de processos em execução ordenados pelo seu uso de CPU. Isso ajuda a identificar quais processos estão usando mais recursos da CPU.

Usando o Comando "htop"

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

Depois de instalado, execute htop no terminal para iniciar a interface:

htop

A interface do "htop" mostra estatísticas do sistema em tempo real, incluindo o uso do processador por núcleo e uma lista de processos em execução. Ela usa códigos de cores e gráficos visuais para mostrar a utilização da CPU, tornando simples entender as informações.

Para verificar o uso da CPU com o "htop":

1. Observe o medidor de CPU no topo da interface, que mostra o uso geral da CPU e a utilização por núcleo.
2. Verifique a lista de processos e seu percentual individual de uso da CPU na coluna "%CPU".
3. Use as teclas de seta para navegar e a tecla "F1" para acessar a ajuda e mais opções.

O comando "htop" oferece uma maneira fácil de verificar o uso da CPU e gerenciar processos interativamente.

Verificando o Uso da CPU com "mpstat"

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

Para verificar o uso da CPU com o "mpstat", use o seguinte comando:

mpstat

Isso mostrará estatísticas de uso da CPU, incluindo a porcentagem de tempo gasto no modo de usuário, modo de sistema, ocioso e espera de E/S.

Para obter informações mais detalhadas, você pode definir o intervalo e a contagem. Por exemplo, para mostrar o uso da CPU a cada 2 segundos por um total de 5 vezes:

mpstat 2 5

O comando mpstat também permite visualizar a utilização da CPU por núcleo usando a opção -P seguida pelo número do núcleo ou ALL para todos os núcleos:

mpstat -P ALL

Isso mostrará estatísticas de uso da CPU para cada núcleo individual, fornecendo uma visão mais detalhada da utilização da CPU.

Verificando a Utilização da CPU com "vmstat"

vmstat

Este comando mostrará um resumo do uso dos recursos do sistema, incluindo informações sobre a atividade da CPU. As informações de utilização da CPU são mostradas nas últimas colunas:

• "us" (usuário): Porcentagem de tempo de CPU gasto executando processos do usuário
• "sy" (sistema): Porcentagem de tempo de CPU gasto executando processos do sistema
• "id" (ocioso): Porcentagem de tempo de CPU ocioso
• "wa" (espera de E/S): Porcentagem de tempo de CPU gasto esperando por operações de E/S

Para obter atualizações em tempo real da utilização da CPU, você pode definir o intervalo e a contagem. Por exemplo, para mostrar o uso da CPU a cada 2 segundos por um total de 5 vezes:

vmstat 2 5

O comando "vmstat" fornece uma visão geral breve do uso dos recursos do sistema, incluindo a utilização da CPU, permitindo que você verifique rapidamente o desempenho geral do sistema.

Usando o Comando "sar" para Análise Histórica

Para verificar o uso da CPU com o "sar", use o seguinte comando:

sar -u

Isso mostrará estatísticas de uso da CPU, incluindo a porcentagem de tempo gasto no modo de usuário, modo de sistema, ocioso e espera de E/S.

Para visualizar dados de uso da CPU para um intervalo de tempo específico, use a seguinte sintaxe:

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

Substitua <hora_inicio> e <hora_fim> pelas horas de início e fim desejadas no formato "HH:MM:SS".

O comando sar também permite criar relatórios para um período de tempo específico. Por exemplo, para criar um relatório de uso da CPU das últimas 24 horas com intervalos de 1 hora:

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

O relatório criado fornece uma visão histórica da utilização da CPU, permitindo analisar tendências e padrões ao longo do tempo.

O comando "sar" oferece muitas opções para coletar e analisar dados de desempenho do sistema. Consulte a página de manual do sar para usos e opções mais avançados.

Glances: Uma Ferramenta de Monitoramento do Sistema

Para instalar o Glances no seu sistema Linux, você pode usar o gerenciador de pacotes da sua distribuição. Por exemplo, em sistemas baseados em Debian ou Ubuntu, execute:

sudo apt install glances

Em sistemas baseados em Fedora, CentOS ou RHEL, use:

sudo dnf install glances

Depois que o Glances estiver instalado, você pode iniciá-lo executando o comando:

glances

A interface do Glances será aberta, fornecendo um resumo em tempo real de vários recursos do sistema, incluindo a utilização da CPU.

Na seção da CPU da saída do Glances, você pode ver a porcentagem geral de utilização da CPU e uma divisão do uso da CPU por núcleo. O uso da CPU é mostrado por barras codificadas por cores, facilitando a identificação do nível de utilização.

O Glances também fornece informações extras, como o número de processos em execução, médias de carga do sistema e processos que mais consomem CPU. Essa visão ajuda a identificar rapidamente quaisquer problemas potenciais ou tarefas que consumam muitos recursos.

O Glances oferece muitas opções de configuração e pode ser personalizado para atender às suas necessidades específicas de monitoramento. Ele também suporta vários modos de saída, incluindo interfaces baseadas na web e exportação de dados para sistemas de monitoramento externos.

Outras Ferramentas de Monitoramento Gráficas

1. Monitor do Sistema GNOME: Esta é a ferramenta padrão de monitoramento do sistema para o ambiente de desktop GNOME. Ela fornece uma visão gráfica do uso da CPU, junto com outros recursos do sistema, como uso de memória e disco. O Monitor do Sistema GNOME oferece monitoramento em tempo real e permite visualizar o uso da CPU por processo, tornando conveniente identificar aplicativos que consomem muitos recursos.

2. Monitor do Sistema KDE (KSysGuard): O Monitor do Sistema KDE é a ferramenta de monitoramento equivalente para o ambiente de desktop KDE Plasma. Ele oferece recursos semelhantes ao Monitor do Sistema GNOME, fornecendo uma representação gráfica da utilização da CPU e permitindo monitorar processos individuais. O Monitor do Sistema KDE também inclui recursos avançados, como configurar alertas e criar sensores de monitoramento personalizados.

3. Conky: O Conky é um monitor de sistema personalizável que pode ser configurado para exibir várias informações do sistema, incluindo o uso da CPU, na área de trabalho. Ele fornece uma maneira leve e flexível de monitorar a utilização da CPU em tempo real. O Conky permite criar scripts e configurações personalizadas para adaptar as informações exibidas às suas necessidades específicas.

4. Gerenciador de Tarefas Xfce: Para usuários do ambiente de desktop Xfce, o Gerenciador de Tarefas Xfce é uma ferramenta simples e direta para monitorar os recursos do sistema, incluindo o uso da CPU. Ele fornece uma interface limpa que exibe as porcentagens de utilização da CPU e permite gerenciar processos em execução.

Essas ferramentas de monitoramento gráficas oferecem uma maneira amigável de acompanhar o uso do processador em sistemas Linux, especialmente para usuários que preferem uma representação visual da utilização dos recursos do sistema. Elas complementam as ferramentas de linha de comando e fornecem uma abordagem alternativa para monitorar o desempenho da CPU em desktops e servidores Linux com ambientes gráficos.

Identificando Processos que Consomem Muita CPU

O comando top mostra uma visão em tempo real dos processos do sistema e seu uso de recursos. Para identificar processos que consomem muita CPU usando o top, siga estas etapas:

1. Abra um terminal e execute o comando top.
2. Procure por processos com valores altos na coluna "%CPU", que mostra a porcentagem de tempo de CPU usado por cada processo.
3. Observe os processos que aparecem consistentemente no topo da lista com alto uso de CPU.

Por exemplo:

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 15000010000 R  15.0   1.8   0:45.00 video_encode

Neste exemplo, os processos stress-ng e video_encode estão usando recursos significativos da CPU.

Outro comando útil é o ps, que fornece um instantâneo dos processos atuais. Para identificar processos que consomem muita CPU usando o ps, use o seguinte comando:

ps aux --sort=-%cpu | head

Este comando lista todos os processos ordenados pelo uso de CPU em ordem decrescente e mostra os 10 processos que mais consomem CPU.

Por exemplo:

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 e ps, você pode identificar rapidamente os processos que estão causando alto uso da CPU em seu servidor Linux.

Técnicas para Reduzir a Alta Utilização da CPU

1. Otimização de processos:

   • Revise os processos identificados que consomem muita CPU e analise suas necessidades de recursos.
   • Otimize os processos ajustando sua configuração, contagem de threads ou usando algoritmos mais eficientes.
   • Considere usar cache ou otimizar consultas de banco de dados para reduzir o uso da CPU.

2. Alocação de recursos:

   • Certifique-se de que o sistema tenha núcleos de CPU e memória suficientes para lidar com a carga de trabalho.
   • Use prioridade de processo e "niceness" para atribuir prioridades apropriadas a processos importantes.
   • Use cgroups (grupos de controle) do Linux para limitar o uso da CPU de processos específicos ou grupos de processos.

3. Balanceamento de carga:

   • Distribua a carga de trabalho entre vários servidores ou CPUs para evitar a sobrecarga de um único recurso.
   • Use técnicas de balanceamento de carga, como um balanceador de carga ou frameworks de computação distribuída como Apache Hadoop ou Apache Spark.

4. Monitoramento e alertas:

   • Configure sistemas de monitoramento para rastrear continuamente o uso da CPU e outras métricas do sistema.
   • Configure alertas para notificar os administradores quando o uso da CPU exceder limites predefinidos.
   • Use ferramentas como Nagios, Zabbix ou Prometheus para monitorar e alertar sobre o uso da CPU.

5. Escalabilidade e auto-escalabilidade:

   • Implemente escalabilidade horizontal adicionando mais servidores para lidar com o aumento da carga de trabalho.
   • Use soluções de auto-escalabilidade, como Kubernetes ou AWS Auto Scaling, para ajustar automaticamente o número de instâncias com base no uso da CPU.

6. Otimização de código:

   • Faça o perfil e otimize o código da aplicação para identificar e corrigir gargalos de desempenho.
   • Use ferramentas de perfil como perf, Valgrind ou GDB para analisar o desempenho do código e identificar áreas para otimização.

7. Cache e compartilhamento de recursos:

   • Implemente cache para armazenar dados frequentemente acessados na memória, reduzindo o uso da CPU para operações repetidas.
   • Compartilhe recursos, como conexões de banco de dados ou pools de threads, para minimizar a sobrecarga de recursos.

Monitore e revise regularmente o uso da CPU para identificar quaisquer problemas novos ou recorrentes. A otimização contínua de processos, o ajuste fino da alocação de recursos e a implementação de melhores práticas podem ajudar a manter a utilização ideal da CPU em seus servidores Linux.

Seguindo essas técnicas e melhores práticas, você pode solucionar efetivamente problemas e gerenciar o alto uso da CPU em servidores Linux, garantindo desempenho e utilização de recursos ideais.

Monitorando o Uso da CPU de Contêineres Docker

Um dos comandos mais úteis é o docker stats, que mostra estatísticas de uso de recursos em tempo real para contêineres em execução. Para usar o docker stats, execute o seguinte comando:

docker stats

Este comando mostrará uma lista continuamente atualizada de contêineres e suas porcentagens de uso de CPU, junto com outras métricas de recursos como uso de memória e E/S de rede.

Por exemplo:

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

Neste exemplo, o contêiner web-server está usando 10,25% da CPU, enquanto o contêiner database está usando 5,50%.

Outro comando útil é o docker top, que mostra os processos em execução dentro de um contêiner específico. Para usar o docker top, execute o seguinte comando:

docker top <container-id>

Substitua <container-id> pelo ID ou nome do contêiner que você deseja inspecionar. Este comando exibirá os processos em execução dentro do contêiner, junto com seu uso de CPU.

Por exemplo:

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

Aqui, os processos nginx e php-fpm estão em execução dentro do contêiner, e seu uso de CPU pode ser monitorado.

Para gerenciar recursos de CPU em contêineres Docker, você pode usar as opções --cpus e --cpuset-cpus ao executar contêineres. A opção --cpus permite especificar o número de CPUs que um contêiner pode usar, enquanto --cpuset-cpus permite atribuir núcleos de CPU específicos a um contêiner.

Por exemplo, para limitar um contêiner a usar apenas 50% da CPU, você pode executar:

docker run --cpus=0.5 <imagem>

Ao monitorar o uso da CPU e definir limites de recursos apropriados, você pode garantir que os contêineres não sobrecarreguem o sistema host e mantenham um desempenho ideal.

Monitorando o Uso da CPU em Clusters Kubernetes

Uma das ferramentas integradas para monitorar o uso da CPU no Kubernetes é o Metrics Server. O Metrics Server coleta métricas de uso de recursos dos nós do Kubernetes e fornece uma API para consultar essas métricas. Para habilitar o Metrics Server, você precisa implantá-lo em seu cluster.

Depois que o Metrics Server estiver implantado, você pode usar o comando kubectl top para visualizar o uso da CPU para nós e pods. Por exemplo, para visualizar o uso da CPU para nós, execute:

kubectl top nodes

Este comando exibirá o uso da CPU e outras métricas de recursos para cada nó no cluster.

Por exemplo:

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

Para visualizar o uso da CPU para pods, execute:

kubectl top pods

Este comando mostrará o uso da CPU e outras métricas de recursos para cada pod no namespace atual.

Por exemplo:

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

Aqui, o pod web-server está usando 100 milicores (0,1 CPU) e o pod database está usando 50 milicores (0,05 CPU).

Outra ferramenta para monitorar o uso da CPU no Kubernetes é o Kubernetes Dashboard. O Kubernetes Dashboard fornece uma interface baseada na web para monitorar e gerenciar recursos do cluster. Ele exibe métricas de uso da CPU para nós e pods em um formato gráfico, facilitando a visualização e análise da utilização de recursos.

Para obter recursos de monitoramento mais avançados, você pode usar ferramentas como Prometheus e Grafana. O Prometheus é um sistema de monitoramento e alerta que pode coletar e armazenar métricas de várias fontes, incluindo o Kubernetes. O Grafana é uma plataforma de visualização de dados que permite criar painéis e gráficos baseados nas métricas coletadas pelo Prometheus.

Ao implantar o Prometheus e o Grafana em seu cluster Kubernetes, você pode configurar o monitoramento e alertas para o uso da CPU em pods, nós e em todo o cluster. O Prometheus pode obter métricas do servidor API do Kubernetes, bem como de pods e nós individuais usando exportadores.

Com o Grafana, você pode criar painéis personalizados para visualizar métricas de uso da CPU, configurar alertas baseados em limites predefinidos e obter insights sobre o desempenho e a utilização de recursos do seu cluster Kubernetes.

Usando essas ferramentas e recursos de monitoramento, você pode monitorar e gerenciar efetivamente o uso da CPU em clusters Kubernetes, garantindo desempenho e alocação de recursos ideais para suas aplicações conteinerizadas.