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Linux系統(tǒng)CPU負(fù)載的查詢和案例分析

發(fā)布時(shí)間：2021-04-20 點(diǎn)擊數(shù)：714

概述

本文主要介紹Linux系統(tǒng)CPU負(fù)載的查詢和案例分析進(jìn)行說(shuō)明。


詳細(xì)信息

阿里云提醒您：

  • 如果您對(duì)實(shí)例或數(shù)據(jù)有修改、變更等風(fēng)險(xiǎn)操作，務(wù)必注意實(shí)例的容災(zāi)、容錯(cuò)能力，確保數(shù)據(jù)安全。
  • 如果您對(duì)實(shí)例（包括但不限于ECS、RDS）等進(jìn)行配置與數(shù)據(jù)修改，建議提前創(chuàng)建快照或開(kāi)啟RDS日志備份等功能。
  • 如果您在阿里云平臺(tái)授權(quán)或者提交過(guò)登錄賬號(hào)、密碼等安全信息，建議您及時(shí)修改。


注意：本文相關(guān)配置及說(shuō)明已在CentOS 6.5 64位操作系統(tǒng)中進(jìn)行過(guò)測(cè)試。其它發(fā)行版的配置可能有所差異，具體情況請(qǐng)參閱相應(yīng)發(fā)行版的官方文檔。


如果Linux系統(tǒng)的ECS實(shí)例CPU持續(xù)保持高使用率，則會(huì)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和業(yè)務(wù)運(yùn)行造成影響?？梢园慈缦虏襟E進(jìn)行處理。

  1. 定位問(wèn)題。找到影響CPU使用率過(guò)高的具體進(jìn)程。

  2. 分析處理。查看影響CPU使用率過(guò)高的進(jìn)程是否正常，并分類(lèi)進(jìn)行處理。

    • 對(duì)于正常進(jìn)程：您需要對(duì)程序進(jìn)行優(yōu)化或者升級(jí)服務(wù)器配置。
    • 對(duì)于異常進(jìn)程：您可以手動(dòng)對(duì)進(jìn)程進(jìn)行查殺，也可以使用第三方安全工具去查殺。


CPU負(fù)載的查詢分析

在Linux系統(tǒng)中，查看進(jìn)程的常用命令如下所示。本文主要介紹vmstat和top。

  • vmstat
  • top
  • ps -aux
  • ps -ef


使用vmstat命令查看

通過(guò)vmstat命令，從系統(tǒng)維度查看CPU資源的使用情況。命令格式類(lèi)似如下，表示結(jié)果一秒刷新一次。 

vmstat -n 1

示例如下。 

procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 1  0      0 2684984 310452 2364304    0    0     5    17   19   35  4  2 94  0  0
 0  0      0 2687504 310452 2362268    0    0     0   252 1942 4326  5  2 93  0  0
 0  0      0 2687356 310460 2362252    0    0     0    68 1891 4449  3  2 95  0  0
 0  0      0 2687252 310460 2362256    0    0     0     0 1906 4616  4  1 95  0  0

注：返回結(jié)果中的主要數(shù)據(jù)列說(shuō)明如下。

  • r：表示系統(tǒng)中CPU等待處理的線程。一個(gè)CPU每次只能處理一個(gè)線程，所以該數(shù)值越大，通常表示系統(tǒng)運(yùn)行越慢。
  • us：用戶模式消耗的CPU時(shí)間百分比。該值較高時(shí)，說(shuō)明用戶進(jìn)程消耗的CPU時(shí)間比較多。如果該值長(zhǎng)期超過(guò)50%，則需要對(duì)程序算法或代碼等進(jìn)行優(yōu)化。
  • sy：內(nèi)核模式消耗的CPU時(shí)間百分比。
  • wa：IO等待消耗的CPU時(shí)間百分比。該值較高時(shí)，說(shuō)明IO等待比較嚴(yán)重，這可能磁盤(pán)大量作隨機(jī)訪問(wèn)造成的，也可能是磁盤(pán)性能出現(xiàn)了瓶頸。
  • id：處于空閑狀態(tài)的CPU時(shí)間百分比。如果該值持續(xù)為0，同時(shí)sy是us的兩倍，則通常說(shuō)明系統(tǒng)面臨CPU資源短缺。


使用top命令查看

  1. 登錄Linux實(shí)例。
  2. 執(zhí)行如下命令，從進(jìn)程緯度來(lái)查看CPU、內(nèi)存等資源的使用情況。命令格式類(lèi)似如下。 
    top
    系統(tǒng)顯示類(lèi)似如下。 
    top - 17:27:13 up 27 days,  3:13,  1 user,  load average: 0.02, 0.03, 0.05
Tasks:  94 total,   1 running,  93 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu(s):  0.3 us,  0.1 sy,  0.0 ni, 99.5 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.1 st
KiB Mem:   1016656 total,   946628 used,    70028 free,   169536 buffers
KiB Swap:        0 total,        0 used,        0 free.   448644 cached Mem
PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S %CPU %MEM     TIME+ COMMAND
1 root      20   0       41412   3824    2308 S  0.0  0.4   0:19.01 systemd
2 root      20   0       0      0     0  S  0.0  0.0   0:00.04 kthreadd
  3. 針對(duì)負(fù)載問(wèn)題，您只需關(guān)注回顯的第一行和第三行信息，詳細(xì)說(shuō)明如下。
    1. top命令的第一行顯示的內(nèi)容17:27:13 up 27 days, 3:13, 1 user, load average: 0.02, 0.03, 0.05，依次為系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間、系統(tǒng)到目前為止已運(yùn)行的時(shí)間、當(dāng)前登錄系統(tǒng)的用戶數(shù)量、系統(tǒng)負(fù)載，這與直接執(zhí)行uptime命令查詢結(jié)果一致。
    2. top命令的第三行會(huì)顯示當(dāng)前CPU資源的總體使用情況，下方會(huì)顯示各個(gè)進(jìn)程的資源占用情況。
  4. 通過(guò) P 鍵，可以對(duì)CPU使用率進(jìn)行倒序排列，進(jìn)而定位系統(tǒng)中占用CPU較高的進(jìn)程。
    提示：通過(guò) M 鍵，您可以對(duì)系統(tǒng)內(nèi)存使用情況進(jìn)行排序。如果有多核CPU，數(shù)字鍵1可以顯示每核CPU的負(fù)載狀況。
  5. 執(zhí)行如下命令，可以查看每個(gè)進(jìn)程ID對(duì)應(yīng)的程序文件。 
    ll /proc/PID/exe


操作案例

案例一：使用top命令終止CPU消耗較大的進(jìn)程

通過(guò)top命令查看系統(tǒng)的負(fù)載問(wèn)題，并定位耗用較多CPU資源的進(jìn)程，在運(yùn)行界面快速終止相應(yīng)的異常進(jìn)程。

  1. 想要終止某個(gè)進(jìn)程，先鍵入小寫(xiě)字母 k。
  2. 輸入想要終止的進(jìn)程PID，默認(rèn)為輸出結(jié)果的第一個(gè)PID。如下圖所示，假如想要終止PID為23的進(jìn)程，輸入23后回車(chē)。
  1. 操作成功后，界面會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似Send pid 23 signal [15/sigterm]的提示信息讓用戶進(jìn)行確認(rèn)。按回車(chē)確認(rèn)即可。


案例二：CPU使用率較低但負(fù)載較高

問(wèn)題描述

當(dāng)前Linux系統(tǒng)沒(méi)有業(yè)務(wù)程序運(yùn)行。通過(guò)top命令觀察，發(fā)現(xiàn)CPU很空閑，但是load average卻非常高，如下圖所示。


處理辦法

load average是對(duì)CPU負(fù)載進(jìn)行評(píng)估的，其值越高說(shuō)明其任務(wù)隊(duì)列越長(zhǎng)，處于等待執(zhí)行的任務(wù)越多。出現(xiàn)此種情況時(shí)，可能是由于僵死進(jìn)程導(dǎo)致的。可以通過(guò)ps -axjf命令查看是否存在 D+ 狀態(tài)進(jìn)程，該狀態(tài)是指不可中斷的睡眠狀態(tài)。處于該狀態(tài)的進(jìn)程無(wú)法終止，也無(wú)法自行退出。只能通過(guò)恢復(fù)其依賴的資源或者重啟系統(tǒng)來(lái)解決。


案例三：kswapd0進(jìn)程占用CPU較高

操作系統(tǒng)使用分頁(yè)機(jī)制來(lái)管理物理內(nèi)存。操作系統(tǒng)將磁盤(pán)的一部分劃出來(lái)作為虛擬內(nèi)存，由于內(nèi)存的速度要比磁盤(pán)快得多，所以操作系統(tǒng)要按照某種換頁(yè)機(jī)制將不需要的頁(yè)面換到磁盤(pán)中，將需要的頁(yè)面調(diào)到內(nèi)存中。由于內(nèi)存持續(xù)不足，這個(gè)換頁(yè)動(dòng)作持續(xù)進(jìn)行。kswapd0是虛擬內(nèi)存管理中負(fù)責(zé)換頁(yè)的進(jìn)程，當(dāng)服務(wù)器內(nèi)存不足的時(shí)候kswapd0會(huì)執(zhí)行換頁(yè)操作，這個(gè)換頁(yè)操作是十分消耗主機(jī)CPU資源的。如果通過(guò)top命令發(fā)現(xiàn)該進(jìn)程持續(xù)處于非睡眠狀態(tài)，且運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，可以初步判定系統(tǒng)在持續(xù)的進(jìn)行換頁(yè)操作，可以將問(wèn)題轉(zhuǎn)向內(nèi)存不足的原因來(lái)排查。


問(wèn)題描述

kswapd0進(jìn)程占用了系統(tǒng)大量CPU資源。


處理辦法

  1. 執(zhí)行如下命令，查看kswapd0進(jìn)程。 
    top
    系統(tǒng)顯示類(lèi)似如下，發(fā)現(xiàn)kswapd0進(jìn)程持續(xù)處于非睡眠狀態(tài)，且運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)并持續(xù)占用較高CPU資源，則通常是由于系統(tǒng)在持續(xù)的進(jìn)行換頁(yè)操作所致。
  2. 通過(guò)free 、ps等指令進(jìn)一步查詢系統(tǒng)及系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)程的內(nèi)存占用情況，做進(jìn)一步排查分析。
  3. 針對(duì)系統(tǒng)當(dāng)前內(nèi)存不足的問(wèn)題，您可以重啟一些服務(wù)，釋放內(nèi)存。
    提示：從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)看，您需要對(duì)內(nèi)存大小進(jìn)行升級(jí)。


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