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Linux系统常见的CPU/Load/IO负载高负载异常分析方法

前言:在实际生产环境中经常遇到CPU或IO以及load负载高的现象,本教程将介绍常见的负载异常分析排查方法,希望对大家有帮助。

1 常用的Load分析方法

CPU高、Load高

  1. 通过top命令查找占用CPU最高的进程PID;
  2. 通过top -Hp PID查找占用CPU最高的线程TID;
  3. 对于java程序,使用jstack打印线程堆栈信息;
  4. 通过printf %x tid打印出最消耗CPU线程的十六进制;

CPU低、Load高

产生的原因一句话总结就是:等待磁盘I/O完成的进程过多,导致进程队列长度过大,但是CPU运行的进程却很少,这样就体现到负载过大了,cpu使用率低。

  1. 通过top命令查看CPU等待IO时间,即%wa
  2. 通过iostat -d -x -m 1 10查看磁盘IO情况;(安装命令 yum install -y sysstat)
  3. 通过sar -n DEV 1 10查看网络IO情况;
  4. 通过如下命令查找占用IO的程序;
ps -e -L h o state,cmd  | awk '{if($1=="R"||$1=="D"){print $0}}' | sort | uniq -c | sort -k 1nr

2 CPU高、Load高情况分析

  • 使用vmstat 查看系统纬度的 CPU 负载;
  • 使用 top 查看进程纬度的 CPU 负载;

2.1 使用 vmstat 查看系统纬度的 CPU 负载

可以通过 vmstat 从系统维度查看 CPU 资源的使用情况

格式:vmstat -n 1 -n 1 表示结果一秒刷新一次

[root@blog.tag.gg ~]# vmstat -n 1
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 250304 163472 2154300    0    0     1    16    0    4  1  0 98  0  0
 0  0      0 250412 163472 2154332    0    0     0     0  937 1439  1  1 99  0  0
 0  0      0 250428 163472 2154332    0    0     0     4  980 1329  0  0 100  0  0
 0  0      0 250444 163472 2154332    0    0     0     0  854 1227  0  0 99  0  0
 0  0      0 250444 163472 2154332    0    0     0    68  832 1284  0  1 99  1  0
 0  0      0 250016 163472 2154332    0    0     0     0  929 1389  1  1 99  0  0

返回结果中的主要数据列说明:

  • r: 表示系统中 CPU 等待处理的线程。由于 CPU 每次只能处理一个线程,所以,该数值越大,通常表示系统运行越慢。

  • b: 表示阻塞的进程,这个不多说,进程阻塞,大家懂的。

  • us: 用户CPU时间,我曾经在一个做加密解密很频繁的服务器上,可以看到us接近100,r运行队列达到80(机器在做压力测试,性能表现不佳)。

  • sy: 系统CPU时间,如果太高,表示系统调用时间长,例如是IO操作频繁。

  • wa:IO 等待消耗的 CPU 时间百分比。该值较高时,说明 IO 等待比较严重,这可能磁盘大量作随机访问造成的,也可能是磁盘性能出现了瓶颈。

  • id:处于空闲状态的 CPU 时间百分比。如果该值持续为 0,同时 sy 是 us 的两倍,则通常说明系统则面临着 CPU 资源的短缺。

    常见问题及解决方法:

  • 如果 r 经常大于4,且id经常少于40,表示cpu的负荷很重。

  • 如果pi,po长期不等于0,表示内存不足。

  • 如果disk经常不等于0,且在b中的队列大于3,表示io性能不好。

2.2 使用 top 查看进程纬度的 CPU 负载

可以通过 top 从进程纬度来查看其 CPU、内存等资源的使用情况。

top - 19:49:59 up 36 days, 23:15,  3 users,  load average: 0.11, 0.04, 0.05
Tasks: 133 total,   1 running, 131 sleeping,   0 stopped,   1 zombie
%Cpu(s):  3.1 us,  3.1 sy,  0.0 ni, 93.8 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
KiB Mem :  3880188 total,   241648 free,  1320424 used,  2318116 buff/cache
KiB Swap:        0 total,        0 free,        0 used.  2209356 avail Mem 
​
  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND                                                                                               
 1793 mysql     20   0 1608796 236708   9840 S   6.7  6.1  83:36.23 /usr/sbin/mysqld                                    
    1 root      20   0  125636   3920   2444 S   0.0  0.1   4:34.13 /usr/lib/systemd/systemd                                 
    2 root      20   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.90 [kthreadd]                                                                               
    4 root       0 -20       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.00 [kworker/0:0H]                                                                           
    6 root      20   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:15.46 [ksoftirqd/0]                                                                           
    7 root      rt   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:12.02 [migration/0]          

默认界面上第三行会显示当前 CPU 资源的总体使用情况,下方会显示各个进程的资源占用情况。

可以直接在界面输入大小字母 P,来使监控结果按 CPU 使用率倒序排列,进而定位系统中占用 CPU 较高的进程。最后,根据系统日志和程序自身相关日志,对相应进程做进一步排查分析,以判断其占用过高 CPU 的原因。

3 CPU低、Load高

问题描述

Linux 系统没有业务程序运行,通过 top 观察,类似如下图所示,CPU 很空闲,但是 load average 却非常高:

问题分析

CPU低而负载高也就是说等待磁盘I/O完成的进程过多,就会导致队列长度过大,这样就体现到负载过大了,但实际是此时CPU被分配去执行别的任务或空闲,具体场景有如下几种:

场景一:磁盘读写请求过多就会导致大量I/O等待

上面说过,cpu的工作效率要高于磁盘,而进程在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。 具体解决方法可以在MySQL中运行show full processlist命令查看线程等待情况,把其中的语句拿出来进行优化。

场景三:外接硬盘故障,常见有挂了NFS,但是NFS server故障

比如我们的系统挂载了外接硬盘如NFS共享存储,经常会有大量的读写请求去访问NFS存储的文件,如果这个时候NFS Server故障,那么就会导致进程读写请求一直获取不到资源,从而进程一直是不可中断状态,造成负载很高。

处理办法

  • load average 是对 CPU 负载的评估,其值越高,说明其任务队列越长,处于等待执行的任务越多。
  • 出现此种情况时,可能是由于僵死进程导致的。可以通过指令ps -axjf查看是否存在 D 状态进程。
  • D 状态是指不可中断的睡眠状态。该状态的进程无法被 kill,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。

等待I/O的进程通过处于uninterruptible sleep或D状态;通过给出这些信息我们就可以简单的查找出处在wait状态的进程

ps -e -L h o state,cmd  | awk '{if($1=="R"||$1=="D"){print $0}}' | sort | uniq -c | sort -k 1nr
 
作者:Honest1y
链接:https://juejin.cn/post/7016127914454286367
来源:稀土掘金
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