Linux面试最高频的5个基本问题

落日映苍穹つ 2022-09-10 14:28 226阅读 0赞

### `1.CPU利用率和CPU负载的区别是什么?` ###

提到CPU利用率，就必须理解时间片。什么是CPU时间片？我们现在所使用的Windows、Linux、Mac OS都是 **“多任务操作系统”** ，就是说他们可以“同时”运行多个程序，比如一边打开Chrome浏览器浏览网页还能一边听音乐。

但是，实际上一个CPU内核在同一时刻只能干一件事，那操作系统是如何实现“多任务”的呢？**大概的方法是让多个进程轮流使用CPU一小段时间**，由于这个“一小段时间”很短(在linux上为5ms-800ms之间)，用户感觉不到，就好像是几个程序同时在运行了。上面提到的 **“一小段时间”就是我们所说的CPU时间片**，CPU的现代分时多任务操作系统对CPU都是分时间片使用的。

`CPU利用率，就是程序对CPU时间片的占用情况`，即**CPU使用率 = CPU时间片被程序使用的时间 / 总时间**。比如A进程占用10ms，然后B进程占用30ms，然后空闲60ms，再又是A进程占10ms，B进程占30ms，空闲60ms，如果在一段时间内都是如此，那么这段时间内的CPU占用率为40%。**CPU利用率显示的是程序在运行期间实时占用的CPU百分比**。

大多数操作系统的**CPU占用率**分为`用户态CPU使用率`和`系统态CPU使用率`。用户态CPU使用率是指执行应用程序代码的时间占总CPU时间的百分比。相比而言，系统态CPU使用率是指应用执行操作系统调用的时间占总CPU时间的百分比。**系统态的CPU使用率高意味着共享资源有竞争或者I/O设备之间有大量的交互。**

而`CPU负载`显示的是一段时间内正在使用和等待使用**CPU的平均任务数**。

简单理解，一个是CPU的实时使用情况，一个是CPU的当前以及未来一段时间的使用情况。举例来说：如果我有一个程序它需要一直使用CPU的运算功能，那么此时CPU的使用率可能达到100%，但是CPU的工作负载则是趋近于“1”，因为CPU仅负责一个工作嘛！如果同时执行这样的程序两个呢？CPU的使用率还是100%，但是工作负载则变成2了。所以也就是说，CPU的工作负载越大，代表CPU必须要在不同的工作之间进行频繁的工作切换。**无论CPU的利用率是高是低，跟后面有多少任务在排队(CPU负载)没有必然关系。**

如果单核CPU的话，负载达到1就代表CPU已经达到满负荷的状态了，超过1，后面的进行就需要排队等待处理了。如果是是多核多CPU，假设现在服务器是2个CPU，每个CPU有2个核，那么总负载不超过4都没什么问题。

可以通过`uptime、w`命令查看**CPU平均负载**，使用`top`命令还能看到**CPU负载总体使用率以及各个进程占用CPU的比例**。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAWmVhbC5aaGFuZw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
查看物理CPU个数

cat /proc/cpuinfo| grep “physical id”| sort | uniq| wc -l

查看每个物理CPU中core的个数(即核数)

cat /proc/cpuinfo| grep “cpu cores” | uniq

查看逻辑CPU的个数

cat /proc/cpuinfo| grep “processor”| wc -l

### `2.如果CPU负载很高，利用率却很低该怎么办?` ###

CPU负载很高，利用率却很低，说明处于等待状态的任务很多，负载越高，代表可能很多僵死的进程。通常这种情况是IO密集型的任务，大量任务在请求相同的IO，导致任务队列堆积。

生产环境造成CPU利用率低负载高的具体场景常见的有如下几种。

**场景一：磁盘读写请求过多就会导致大量I/O等待**

进程在cpu上面运行需要访问磁盘文件，这个时候cpu会向内核发起调用文件的请求，让内核去磁盘取文件，这个时候cpu会切换到其他进程或者空闲，这个任务就会转换为不可中断睡眠状态。当这种读写请求过多就会导致不可中断睡眠状态的进程过多，从而导致负载高，cpu低的情况。

**场景二：MySQL中存在没有索引的语句或存在死锁等情况**

我们都知道MySQL的数据是存储在硬盘中，如果需要进行sql查询，需要先把数据从磁盘加载到内存中。当在数据特别大的时候，如果执行的sql语句没有索引，就会造成扫描表的行数过大导致I/O阻塞，或者是语句中存在死锁，也会造成I/O阻塞，从而导致不可中断睡眠进程过多，导致负载过大。

同样，可以先通过`top`命令观察，假设发现现在确实是高负载低使用率。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAWmVhbC5aaGFuZw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]  
然后，再通过命令`ps -aux`查看是否存在状态为D的进程，这个状态指的就是不可中断的睡眠状态的进程。处于这个状态的进程无法终止，也无法自行退出，只能通过恢复其依赖的资源或者重启系统来解决。以下图中没有D状态的进程。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAWmVhbC5aaGFuZw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2]  
然后，再通过命令`ps -aux`查看是否存在状态为D的进程，这个状态指的就是不可中断的睡眠状态的进程。处于这个状态的进程无法终止，也无法自行退出，只能通过恢复其依赖的资源或者重启系统来解决。以下图中没有D状态的进程。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAWmVhbC5aaGFuZw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 3]  
Linux上进程的五种状态

*  R (TASK\_RUNNING)：`可执行状态`，只有在该状态的进程才可能在CPU上运行。而同一时刻可能有多个进程处于可执行状态。
 *  S (TASK\_INTERRUPTIBLE)：`可中断的睡眠状态`，处于这个状态的进程因为等待某某事件的发生（比如等待`socket`连接、等待信号量），而被挂起。
 *  D(TASK\_UNINTERRUPTIBLE)：`不可中断的睡眠状态`，进程处于睡眠状态，但是此刻进程是不可中断的。TASK\_UNINTERRUPTIBLE状态存在的意义就在于，内核的某些处理流程是不能被打断的。
 *  T (TASK\_STOPPED or TASK\_TRACED)：`暂停状态或跟踪状态`。
 *  Z (TASK\_DEAD-EXIT\_ZOMBIE)：`退出状态，进程成为僵尸进程`。进程已终止，但进程描述还在，直到父进程调用`wait4()`系统调用后释放。

### `3.如果CPU负载很低，利用率却很高该怎么办?` ###

这表示CPU的任务并不多，但是任务执行的时间很长，大概率就是你写的代码本身有问题，通常是计算密集型任务，生成了大量耗时短的计算任务。

怎么排查？直接top命令找到CPU使用率最高的进程，定位到去看看就行了。如果代码没有问题，那么过段时间CPU使用率就会下降的。

### `4.CPU利用率达到100%怎么排查问题?` ###

**（1）通过top命令找到CPU占用率高的进程**  
![在这里插入图片描述][b625d5d7b548450eab49c0517c80ea57.png]  
**（2）通过top -Hp pid命令查看CPU占比靠前的线程ID**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAWmVhbC5aaGFuZw_size_19_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
**（3）再把线程ID转化为16进制，`printf “0x%x\n” 74317`，得到`0x1224d`**

**（4）通过命令`jstack 72700 | grep ‘0x1224d’ -C5 --color`找到有问题的代码**

> 注意：jstack的对象是java进程的PID，而不是java线程的PID。

### `5.说几个常见的Linux命令` ###

#### （1）常用的文件/目录命令 ####

`ls`：用户查看目录下的文件，`ls -a`可以用来查看隐藏文件，`ls -l`可以用于查看文件的详细信息，包括权限、大小、所有者等信息。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAWmVhbC5aaGFuZw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 4]  
`touch`：用于`创建文件`。如果文件不存在，则创建一个新的文件，如果文件已存在，则会修改文件的时间戳。

`cat`：cat是英文concatenate的缩写，用于查看文件内容。使用cat查看文件的话，不管文件的内容有多少，都会`一次性显示`，所以他不适合查看太大的文件。

`more`：more和cat有点区别，more用于`分屏显示文件内容`。可以用空格键向下翻页，b键向上翻页

`less`：和more类似，less用于`分行显示`

`tail`：可能是平时用的最多的命令了，`查看日志文件`基本靠它。tail -fn 100 xx.log查看最后的100行内容

#### （2）常用的权限命令 ####

`chmod`：修改权限命令。一般用`+号`添加权限，`-号`删除权限，`x`代表执行权限，`r`代表读取权限，`w`代表写入权限，常见写法比如`chmod +x` 文件名添加执行权限。

还有另外一种写法，使用数字来授权，因为`r=4，w=2，x=1`，平时执行命令`chmod 777` 文件名这就是最高权限了。

第一个数字`7=4+2+1`代表着所有者的权限，第二个数字7代表所属组的权限，第三个数字代表其他人的权限。常见的权限数字还有644，所有者有读写权限，其他人只有只读权限，755代表其他人有只读和执行权限。

`chown`：用于修改文件和目录的所有者和所属组。一般用法`chown user` 文件名用于修改文件所有者，`chown user:user` 文件名修改文件所有者和组，冒号前面是所有者，后面是组。

#### （3）常用的压缩命令 ####

`zip`：压缩zip文件命令，比如`zip test.zip` 文件名可以把文件压缩成zip文件，如果压缩目录的话则需添加`-r`选项。

`unzip`：与zip对应，解压zip文件命令。`unzip xxx.zip`直接解压，还可以通过 `-d` 选项指定解压目录。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBAWmVhbC5aaGFuZw_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 5]

`gzip`：用于压缩带.`gz`后缀的文件，`gzip命令不能打包目录。`需要注意的是直接使用`gzip 文件名这个命令会导致源文件会消失`，如果要保留源文件，可以使用`gzip -c 文件名 > xx.gz`，解压缩直接使用`gzip -d xx.gz`

`tar`：tar命令可以为linux的文件和目录创建档案。利用tar，可以为某一特定文件创建档案（备份文件），也可以在档案中改变文件，或者向档案中加入新的文件。tar常用几个选项，`-x`解打包，`-c`打包，`-f` 指定压缩包文件名，`-v` 显示打包文件过程，一般常用`tar -cvf xx.tar` 文件名来打包，解压则使用`tar -xvf xx.tar`

首先要弄清两个概念：`打包和压缩`。**打包是指将一大堆文件或目录变成一个总的文件；压缩则是将一个大的文件通过一些压缩算法变成一个小文件。** 为什么要区分这两个概念呢？**这源于Linux中很多压缩程序只能针对一个文件进行压缩**，这样当你想要压缩一大堆文件时，你得先将这一大堆文件先打成`一个包（tar命令）`，然后再用压缩程序`进行压缩（gzip等命令）`。

Linux的打包和压缩是`分开`的操作，如果要打包并且压缩的话，按照前面的做法必须`先用tar打包`，然后再`用gzip压缩`。当然，还有更好的做法就是`-z命令，打包并且压缩`。

使用命令`tar -zcvf xx.tar.gz` 文件名来打包压缩，使用命令`tar -zxvf xx.tar.gz`来解压缩。

[嵌入式笔试面试题目系列（汇总）][Link 1]

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[Link 1]: https://blog.csdn.net/a2145565/article/details/114222971?spm=1001.2014.3001.5502