从一个简单的ping延迟出发了解CPU电源管理

  之前在项目中观测到一个奇怪的现象（如下图所示），在测试网络延迟时，从服务器A ping服务器B延时只有0.04ms左右，但是从服务器B ping服务器A延迟确有0.12ms左右，结果相差三倍多！而两台服务器是直连的，中间也没有经过路由器或

  状况是否良好，用tcpdump分别在收发两端抓包，未曾发现丢包、乱序等问题，速率也没问题，网络状态良好。既然网络传输没问题，那就重点分析下处理时延。

  再来分析下抓到的ping报文，主要分析在两台服务器收到ICMP报文后发送回复报文的时间差，发现服务器A的回复时间更长。再使用ftr

  e分析代码层的执行时间，图1是服务器A的处理时间，图2是服务器B的处理时间，对比可见，服务器A的ICMP reply执行时间比服务器B要长。那什么会影响函数执行的时间呢？是CPU。

  在观察服务器B ping服务器A的输出（图3）时发现，延时的变化范围很大，有时延时也很短。

  如图4所示，CPU的频率也是变化的，那么CPU频率是怎么变的又是因何而变，跟延迟的变化有关系吗？我们能否控制CPU频率的这种变化呢？要了解这些我们第一步要知道CPU的变频和电源管理方面的知识。

  OS会根据工作负载选择工作频率和电压，当负载较低时（例如此问题的ping报文收发），会对CPU进行降压降频以节省用电。在大部分场景下，CPU并不是特别需要7X24小时满负荷工作，为了省电和延长CPU的常规使用的寿命就有了各种变频省电技术。其中常见的有以下几种：

  C3: 使用MWAIT指令进入该状态，会将L1和L2缓存刷到LLC/L3缓存，并进一步关闭了PLL，但仍处于供电状态。（C1，C3状态下，Cache一致性是得到保证的，从而恢复现场速度也很快）

  xt）被封存和冻结，Catch被清空和关闭，电压也被降为0。恢复现场会更耗时。（idle_intel驱动可能在Cstates关闭时，仍使core进入省电状态。）

  在core空闲或者等待写入时，使当前core进入C1等C-states的特殊指令。

  在个别核非常繁忙同时其他核又因为空闲进入C-States时，内置的电源管理模块将其电能输送给忙碌的core，升高其电压和频率，使其获得比标频更高的频率。

  可以查看各种系统状态和CPU状态，包括电压，频率，C-states，Turbo，温度等。

  再回到刚开始的问题，通过corefreq-cli工具看到两台服务器的CPU确实工作在不同的C-States等级，如图8所示，服务器B在C1而服务器A在C6。

  调整服务器A的bios选项，在关闭了C-States、Monitor/Mwait后，两台服务的CPU都处在C1状态（图9），这时再分别在两台服务器执行ping操作，延时终于不相上下了！

  现代CPU电源管理功能十分强大，我们大家可以选择经济环保的方式让CPU根据负载选择工作频率和电压，在追求极致性能时也可以让CPU不管任务量大小都满负荷工作，在了解以上内容后，我们大家可以根据实际使用需求进行选择。

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  本帖最后由 shil 于 2016-4-10 20:26 编辑 下图是

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