Che cos'è un collo di bottiglia della CPU?

L'unità di elaborazione centrale (CPU) è il processore principale all'interno di un sistema informatico responsabile della gestione del calcolo generale e dell'esecuzione delle istruzioni del programma informatico. Le performance di una CPU influiscono sulla velocità di un computer. Che un server funzioni lentamente o desideri risolvere i problemi di un personal computer lento, il problema potrebbe essere un collo di bottiglia della CPU. 

Che cos'è un collo di bottiglia della CPU?

Un collo di bottiglia della CPU si verifica quando la CPU è il componente all'interno di un sistema informatico che ne limita le performance complessive. Quando altri componenti di un sistema informatico sono in grado di gestire i workload meglio della CPU e non si vedono le performance previste, si potrebbe avere un collo di bottiglia della CPU. La CPU potrebbe essere più vecchia dei componenti più veloci del computer, oppure elementi ambientali come il calore o il flusso d'aria potrebbero influire sulle prestazioni di una CPU.

L'utilizzo della CPU al 100% è lo stesso di un collo di bottiglia?

Un collo di bottiglia non è lo stesso di quando una CPU raggiunge la capacità massima. I server occupati in esecuzione alla capacità massima della CPU potrebbero richiedere un aggiornamento della CPU quando gestiscono un'eccessiva quantità di elaborazione. Ad esempio, un server di database occupato potrebbe non essere in grado di gestire l'utilizzo intensivo se la CPU installata non è destinata a carichi di lavoro pesanti. Un amministratore che risolve i problemi di un server di database lento potrebbe notare che la CPU ha una capacità del 100%, il che rallenta le performance. Le performance lente su un server in esecuzione a piena capacità hardware potrebbero essere causate da tutti i componenti (o alcuni componenti) che non sono in grado di tenere il passo con l'elaborazione dei dati.

Un collo di bottiglia della CPU non sempre introduce problemi di performance. Il computer non funziona alle massime performance con una CPU più lenta, ma potrebbe essere impercettibile con altri componenti veloci installati o quando il server gestisce poche richieste simultanee. Quando un computer soffre di un collo di bottiglia della CPU, potrebbe comunque funzionare velocemente, ma potrebbe funzionare più velocemente con configurazioni ottimizzate aggiuntive. Per i server costosi che ospitano applicazioni aziendali, l'acquisto di nuovo hardware è costoso, quindi è tradizionalmente più conveniente risolvere i colli di bottiglia della CPU invece di aggiungere apparecchiature per accelerare un server.

Quali sono le cause del collo di bottiglia della CPU?

Alcune applicazioni creano attività che richiedono un uso intensivo della CPU. Altri possono sfruttare l'unità di elaborazione grafica (GPU) di una scheda video per scaricare le attività dalla CPU alla GPU. Ad esempio, i server che gestiscono il machine learning e gli analytics richiedono risorse CPU estese. Un server che gestisce attività che richiedono un uso intensivo della CPU deve gestire solo queste attività e le applicazioni per altre richieste aziendali devono essere installate su server separati in modo che diverse attività non "risolvano" le risorse della CPU. Avere una strategia per i workload dei server in un ambiente ottimizzerà l'utilizzo della CPU ed eviterà i colli di bottiglia.

Tutte le apparecchiature informatiche devono trovarsi in una stanza fredda con poca umidità. Temperature ambientali elevate influiscono sulle performance della CPU. I server con un flusso d'aria minimo all'interno dei loro case o installati in un armadio in cui il flusso d'aria è minimo potrebbero subire un calo della CPU a livello di calore. 

Assicurati che i server dispongano di memoria e storage sufficienti. I server con limitazioni di memoria devono scaricare i dati delle applicazioni nei dispositivi di storage. Un server sovraccarico elabora le attività delle applicazioni e trasferisce le informazioni dal dispositivo di storage alla memoria e poi alla CPU. Un server ottimizzato carica le informazioni delle applicazioni in memoria e le trasmette alla CPU, che le riporta in memoria. Un utilizzo elevato della memoria potrebbe indicare che il server ha bisogno di una memoria ad accesso casuale (RAM) aggiuntiva.

Quando gli amministratori installano le applicazioni, a volte il processo di installazione aggiunge processi non necessari per l'avvio, il che significa che questi processi non necessari vengono caricati al riavvio del server. Più processi vengono caricati all'avvio, più risorse CPU sono necessarie per eseguire queste applicazioni in background. Rimuovi questi processi in background se non sono necessari e non offrono alcun vantaggio alla funzionalità del server. Inoltre, si tenga presente che alcune applicazioni nascoste in esecuzione in background potrebbero essere malware, quindi eseguire la scansione del server utilizzando software antivirus e antimalware.

Cosa può succedere dopo un collo di bottiglia della CPU?

Oltre al peggioramento delle performance, i colli di bottiglia della CPU possono anche causare errori critici su un computer. Gli errori critici causati dai colli di bottiglia della CPU possono causare downtime per le applicazioni ospitate su un server aziendale. Gli amministratori devono monitorare i server per rilevare eventuali errori correlati ai guasti hardware.

La più grande osservazione durante i colli di bottiglia della CPU è costituita dai blocchi e dagli arresti anomali dei computer. Quando la CPU si sovraccarica o non riesce a tenere il passo con le attività, il computer potrebbe arrestarsi in modo anomalo. Le probabilità di crash e downtime aumentano quando anche RAM e spazio di storage sono esauriti durante l'elaborazione. A meno che gli amministratori non dispongano di software di monitoraggio installato su un server, gli arresti anomali sono imprevisti o il server si riavvia senza preavviso.

Come prevenire un collo di bottiglia della CPU

L'aggiornamento dell'hardware potrebbe essere necessario in caso di arresto anomalo dei server a causa dei colli di bottiglia della CPU. Gli amministratori possono aggiungere facilmente risorse hardware ai server ospitati nel cloud nella dashboard di amministrazione del provider, ma gli amministratori on-premise devono installare fisicamente una CPU su un server. I server on-premise devono essere spenti per installare una nuova CPU e devono essere eseguiti con attenzione per evitare l'elettricità statica. Gli amministratori devono mettersi a terra quando gestiscono le CPU per evitare di distruggere il componente a causa dell'elettricità statica.

Un bilanciamento del carico aiuta a contenere i colli di bottiglia della CPU. Sono necessari diversi server per bilanciare i workload durante il bilanciamento del carico. Il bilanciamento del carico determina i percorsi per il traffico che richiede i servizi applicativi invece di inviare tutto il traffico a un singolo server. Con diversi server dietro un sistema di bilanciamento del carico, i workload vengono distribuiti su ciascun server in base all'utilizzo e alla disponibilità della CPU.

Gli amministratori responsabili del tempo di attività dei server devono sempre avere installato il software di monitoraggio in un ambiente di rete per rilevare i colli di bottiglia della CPU e i picchi elevati nell'utilizzo della CPU. Entrambi gli scenari potrebbero indicare che un server è sovraccarico di richieste o che il malware potrebbe esaurire le risorse. Anche il calo delle performance basato sul calore potrebbe essere un problema e il software di monitoraggio dei server informa gli amministratori delle temperature elevate della CPU.

Come eseguire un test del collo di bottiglia della CPU

Esistono diversi controlli dei colli di bottiglia open source che possono aiutarti a determinare se il tuo computer ha bisogno di un aggiornamento della CPU o se l'hardware deve essere ottimizzato per ottenere performance migliori. Windows Task Manager monitora l'utilizzo della CPU in modo nativo e Linux dispone di un bundle chiamato sysstat per la revisione dell'attività della CPU. Anche con le applicazioni native, gli amministratori potrebbero aver bisogno di un monitoraggio e di statistiche migliori per identificare un collo di bottiglia della CPU.

Ecco alcuni controlli gratuiti e open source dei colli di bottiglia:

• Performance Counter Monitor di Intel per PC basati su Intel
• MSI Afterburner per il monitoraggio delle performance dei computer, compreso l'utilizzo della CPU
• AMD uProf per sistemi basati su AMD

Conclusione

I colli di bottiglia della CPU possono essere frustrati, ma è necessario ottimizzare un server per mantenere le applicazioni in esecuzione alle massime performance. Monitora i server per rilevare eventuali problemi di performance e fermare gli arresti anomali critici prima che i colli di bottiglia causino errori imprevisti su qualsiasi sistema. Se i colli di bottiglia della CPU persistono, valuta l'aggiornamento dell'hardware del server per migliorare le performance e la stabilità. 

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