Como consertar o alto uso da CPU

Esteja uma aplicação sendo executada em um servidor ou em uma máquina local, monitorar a utilização e a carga da CPU é essencial para otimizar o desempenho. Embora a utilização e a carga da CPU possam parecer semelhantes, na verdade são bem diferentes.

Este artigo explicará as diferenças entre essas duas métricas importantes, como monitorar a carga da CPU com comandos comuns, o impacto da alta carga da CPU e como controlá-la para melhorar o desempenho do sistema.

Utilização da CPU versus carga da CPU

A utilização da CPU é a porcentagem de trabalho que a CPU realiza para gerenciar tarefas. A carga da CPU, por outro lado, é uma medida de quantos processos estão sendo executados ou aguardando para serem executados pela CPU.

Comandos como uptime ou top fornecem o valor das médias de carga da CPU, ou seja, o número médio de threads usando ativamente ou solicitando o uso da CPU nos últimos 1, 5 e 15 períodos de minutos. Médias de carga altas indicam uma CPU sobrecarregada com muitos processos. Por exemplo, uma CPU com carga média de 1 está funcionando com capacidade total, enquanto uma CPU completamente ociosa tem um valor de carga de 0.

No entanto, esta métrica é dimensionada de acordo com os núcleos da CPU: quanto mais núcleos instalados no sistema, mais tarefas ele pode realizar em paralelo.

Por exemplo, para uma CPU com 4 núcleos, a média de carga acumulada será 4, pois cada núcleo pode suportar um valor de carga de 1. Neste cenário, mesmo que um dos núcleos esteja rodando a 100% da capacidade, a CPU só ser carregado com um quarto de sua carga potencial.

Agora, se a carga for maior que o número de núcleos instalados, os processos começarão a entrar na fila para usar a CPU.

Monitorando a carga da CPU

Conforme observado acima, a média da carga da CPU é calculada nos períodos anteriores de 1, 5 e 15 minutos. Mas existem outras métricas que também nos ajudam a identificar a carga da CPU, como:

• Idle time: O tempo ocioso está inversamente relacionado à carga da CPU. Isto significa que quando o tempo ocioso aumenta, a carga da CPU diminui e vice-versa.
• User time and system time: A hora do usuário e a hora do sistema indicam diretamente a carga da CPU. Basicamente, a soma do tempo do usuário, do sistema e do tempo ocioso é igual a 100% do tempo ou carga da CPU. Valores mais altos de tempo do usuário e do sistema indicam uma carga maior na CPU.
• Wait or I/O wait time: O tempo de espera de I/O refere-se a instâncias em que a CPU está ociosa e aguardando a conclusão de uma I/O. Isso aumenta a carga da CPU, pois mais processos aguardam a CPU enquanto ela aguarda a conclusão da I/O.
• Steal time: A porcentagem de tempo que uma CPU virtual espera involuntariamente por um processo de CPU enquanto o hipervisor está atendendo outra CPU virtual.

Efeitos de uma CPU altamente carregada

Geralmente, uma alta carga de CPU não afeta negativamente o desempenho do sistema, desde que não seja uma ocorrência de longo prazo. Mas executar uma CPU com 100% da capacidade por longos períodos pode ter impactos leves a graves no desempenho do sistema.

Alguns possíveis problemas estão listados abaixo:

• O sistema pode travar ou parar de responder, causando uma reinicialização não programada.
• Vários programas e aplicativos com uso intensivo de CPU podem levar mais tempo do que o esperado para serem iniciados ou podem não conseguir abrir ao mesmo tempo.
• As aplicações (ou mesmo todo o sistema) podem ficar extremamente lentos e começar a atrasar.
• Quando um sistema está funcionando em sua total capacidade, ele começa a superaquecer, o que, por sua vez, afeta seu desempenho. Para melhorar o poder de processamento de um sistema, ajuste a velocidade do ventilador da CPU. Podemos configurar a velocidade do ventilador na configuração do BIOS.

Identificação e solução de problemas de alta carga de CPU

Diferentes comandos ajudam a monitorar a carga do sistema durante diferentes períodos. Normalmente, um número menor é melhor, pois um número maior indica uma máquina sobrecarregada.

A próxima seção abordará alguns dos comandos que facilitam o monitoramento das médias de carga da CPU.

Usando o comando top

O comando top exibe as estatísticas dinâmicas de um sistema Linux em execução em tempo real. É um dos comandos mais utilizados para monitorar o desempenho do sistema. A primeira metade de output do comando top contém métricas importantes do sistema, enquanto a segunda parte exibe estatísticas sobre uma lista autoatualizável de processos que estão sendo gerenciados atualmente pelo kernel do Linux.

Executar o comando top criará um output semelhante à vista na figura abaixo:

A primeira linha deste output exibe o tempo de atividade, o número total de usuários ativos conectados ao sistema e as médias de carga da CPU nos últimos intervalos de 1, 5 e 15 minutos.

Por exemplo, o output acima mostra as médias de carga como 0,13, 0,40 e 0,21. Conforme afirmado anteriormente, para interpretar corretamente esses números, é importante saber quantos núcleos a CPU possui. O output acima é de uma máquina de núcleo único, portanto a média de carga está dentro do limite aceitável, pois todas as médias de carga são inferiores a 1,0. Mesmo que haja um aumento na duração de 1 e 5 minutos, desde que a média de carga da duração de 15 minutos esteja dentro do limite, não deverá haver problema.

Usndo o comando uptime

O comando uptime também é útil para visualizar a média de carga do sistema. Este comando exibe a hora atual do sistema, o tempo de atividade da máquina, o número de usuários atualmente conectados ao sistema e as médias de carga dos últimos 1, 5 e 15 minutos.

A execução do comando uptime gerará um output semelhante o mostrado abaixo:

O output acima é muito semelhante à primeira linha do output do comando top. As médias de carga são exibidas no mesmo formato e os valores das médias de carga são 0,53, 0,56 e 0,24. Como este é o output de uma máquina de núcleo único, as médias de carga ainda estão abaixo do limite, pois estão abaixo de 1,0. Este valor é sempre ajustado de acordo com a quantidade de núcleos do sistema.

Usando o comando ps

O comando ps é uma ferramenta flexível e amplamente utilizada para identificar os processos em execução no sistema e o número de recursos que eles estão usando para serem executados. Este comando pode mostrar diferentes outputs de acordo com várias opções.

A execução do comando ps gerará um output como a mostrada abaixo:

Este output exibe informações básicas sobre os processos em execução, mas pode ser personalizada com opções fornecidas pelo comando ps para obter mais detalhes.

Por exemplo, podemos visualizar e classificar quais processos estão usando mais CPU executando o seguinte comando:

Isso resultará em um output como o mostrado abaixo:

ps -eo pcpu,pid,user,args | sort -k 1 -r | head -10

O comando ps não exibe as médias de carga do sistema; em vez disso, é usado para solucionar a causa e encontrar os processos que estão causando a alta carga da CPU. Por exemplo, se um processo estiver utilizando 100% da CPU, os demais processos terão que esperar pela CPU e a carga da CPU aumentará.

Este comando também ajuda a identificar os processos que estão sendo gerados repetidamente ou que estão em estado zumbi.

Consertando uma alta carga em uma CPU

Abaixo estão algumas correções comuns para reduzir a alta carga da CPU:

• Kill or restart processes: Muitas vezes, há apenas um ou dois processos aumentando a carga da CPU. Por exemplo, um processo pode estar em estado ininterrupto e aumentar a carga da CPU, mantendo todos os outros processos em espera. A primeira coisa a fazer quando a CPU fica sobrecarregada é identificar quaisquer processos deste tipo e encerrá-los ou reiniciá-los.
• Update system apps and drivers: Drivers e aplicativos desatualizados também podem causar alta carga na CPU porque não conseguem executar as operações de I/O com eficiência. A melhor maneira de evitar esse problema é garantir que todo o sistema esteja atualizado.
• Reinstall or downgrade apps: Às vezes, simplesmente reinstalar um aplicativo que estava causando uma alta carga de CPU pode resolver o problema. Caso contrário, mudar o aplicativo para uma versão anterior ou inferior pode melhorar o desempenho.
• Reboot the system: Se nada mais funcionar e você puder pagar, reiniciar o sistema pode resolver o problema. Embora nem sempre seja possível, especialmente se o sistema for um servidor que não pode ser desligado.

Conclusão

A carga da CPU é uma métrica importante que precisa ser monitorada regularmente para garantir que o sistema esteja funcionando perfeitamente. Essa métrica geralmente é medida em médias de carga, mas existem outras medidas que indicam a quantidade de carga na CPU.

Felizmente, existem vários comandos úteis que podem ajudar a identificar e monitorar a carga da CPU. Os comandos top e uptime ajudam a monitorar diretamente as médias de carga da CPU, enquanto o comando ps é usado para identificar os processos que estão causando a alta carga da CPU.

A alta carga da CPU pode ser um indicador de vários problemas e existem várias soluções comuns disponíveis para reduzir a alta carga e otimizar o desempenho da CPU.