Linux CPU过高问题排查及jvm调优思路

客官°小女子只卖身不卖艺 2023-09-29 16:02 15阅读 0赞

### 导语 ###

在衡量服务器指标时我们常常会关注load、cpu、mem、qps，很多时候线上指标出问题就伴随着这些指标的异常。本文主要介绍了一个非常重要的指标CPU过高怎么排查，聊聊如何排查和调优CPU！

### 正文 ###

#### 平均负载 ####

平均负载等于逻辑 CPU 个数，表示每个 CPU 都恰好被充分利用。如果平均负载大于逻辑 CPU 个数，则负载比较重

####    进程上下文切换 ####

*  无法获取资源而导致的自愿上下文切换
 *  被系统强制调度导致的非自愿上下文切换

####    CPU 使用率 ####

*  用户 CPU 使用率，包括用户态 CPU 使用率（user）和低优先级用户态 CPU 使用率（nice），表示 CPU 在用户态运行的时间百分比。用户 CPU 使用率高，通常说明有应用程序比较繁忙
 *  系统 CPU 使用率，表示 CPU 在内核态运行的时间百分比（不包括中断），系统 CPU 使用率高，说明内核比较繁忙
 *  等待 I/O 的 CPU 使用率，通常也称为 iowait，表示等待 I/O 的时间百分比。iowait 高，说明系统与硬件设备的 I/O 交互时间比较长
 *  软中断和硬中断的 CPU 使用率，分别表示内核调用软中断处理程序、硬中断处理程序的时间百分比。它们的使用率高，表明系统发生了大量的中断  
    查看系统的平均负载

$ uptime
     10:54:52 up 1124 days, 16:31,  6 users,  load average: 3.67, 2.13, 1.79

*  10:54:52 是当前时间；up 1124 days, 16:31 是系统运行时间；6 users 则是正在登录用户数。而最后三个数字依次是过去 1 分钟、5 分钟、15 分钟的平均负载（Load Average）。平均负载是指单位时间内，系统处于可运行状态和不可中断状态的平均进程数
 *  当平均负载高于 CPU 数量 70% 的时候，就应该分析排查负载高的问题。一旦负载过高，就可能导致进程响应变慢，进而影响服务的正常功能
 *  平均负载与 CPU 使用率关系
 *  CPU 密集型进程，使用大量 CPU 会导致平均负载升高，此时这两者是一致的
 *  I/O 密集型进程，等待 I/O 也会导致平均负载升高，但 CPU 使用率不一定很高
 *  大量等待 CPU 的进程调度也会导致平均负载升高，此时的 CPU 使用率也会比较高

#### CPU 上下文切换 ####

**进程上下文切换：**

*  进程的运行空间可以分为内核空间和用户空间，当代码发生系统调用时（访问受限制的资源），CPU 会发生上下文切换，系统调用结束时，CPU 则再从内核空间换回用户空间。一次系统调用，两次 CPU 上下文切换
 *  系统平时会按一定的策略调用进程，会导致进程上下文切换
 *  进程在阻塞等到访问资源时，也会发生上下文切换
 *  进程通过睡眠函数挂起，会发生上下文切换
 *  当有优先级更高的进程运行时，为了保证高优先级进程的运行，当前进程会被挂起

**线程上下文切换：**

*  同一进程里的线程，它们共享相同的虚拟内存和全局变量资源，线程上下文切换时，这些资源不变
 *  线程自己的私有数据，比如栈和寄存器等，需要在上下文切换时保存切换

**中断上下文切换：**

*  为了快速响应硬件的事件，中断处理会打断进程的正常调度和执行，转而调用中断处理程序，响应设备事件

**查看系统的上下文切换情况：**

vmstat 和 pidstat。vmvmstat 可查看系统总体的指标，pidstat则详细到每一个进程服务的指标

$ vmstat 2 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 3498472 315836 3819540 0 0   0  1  2  0  3  1  96 0  0
    
    --------
    cs（context switch）是每秒上下文切换的次数
    in（interrupt）则是每秒中断的次数
    r（Running or Runnable）是就绪队列的长度，也就是正在运行和等待 CPU 的进程数.当这个值超过了CPU数目，就会出现CPU瓶颈
    b（Blocked）则是处于不可中断睡眠状态的进程数

# pidstat -w
    Linux 3.10.0-862.el7.x86_64 (8f57ec39327b)      07/11/2021      _x86_64_        (6 CPU)
    
    06:43:23 PM   UID       PID   cswch/s nvcswch/s  Command
    06:43:23 PM     0         1      0.00      0.00  java
    06:43:23 PM     0       102      0.00      0.00  bash
    06:43:23 PM     0       150      0.00      0.00  pidstat
    
    ------各项指标解析---------------------------
    PID       进程id
    Cswch/s   每秒主动任务上下文切换数量
    Nvcswch/s 每秒被动任务上下文切换数量。大量进程都在争抢 CPU 时，就容易发生非自愿上下文切换
    Command   进程执行命令

####    怎么排查 CPU 过高问题 ####

先使用 top 命令，查看系统相关指标。如需要按某指标排序则 使用 top -o 字段名 如：top -o %CPU。 -o 可以指定排序字段，顺序从大到小

# top -o %MEM
    top - 18:20:27 up 26 days,  8:30,  2 users,  load average: 0.04, 0.09, 0.13
    Tasks: 168 total,   1 running, 167 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
    %Cpu(s):  0.3 us,  0.5 sy,  0.0 ni, 99.1 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.1 si,  0.0 st
    KiB Mem:  32762356 total, 14675196 used, 18087160 free,      884 buffers
    KiB Swap:  2103292 total,        0 used,  2103292 free.  6580028 cached Mem
    
    PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU  %MEM     TIME+ COMMAND         
    2323 mysql     20   0 19.918g 4.538g   9404 S 0.333 14.52 352:51.44 mysqld   
    1260 root      20   0 7933492 1.173g  14004 S 0.333 3.753  58:20.74 java   
    1520 daemon    20   0  358140   3980    776 S 0.333 0.012   6:19.55 httpd    
    1503 root      20   0   69172   2240   1412 S 0.333 0.007   0:48.05 httpd                       
                       
    ---------各项指标解析---------------------------------------------------
    第一行统计信息区
        18:20:27                     当前时间
        up 25 days, 17:29             系统运行时间&#