Linux 系统 CPU 打满了！

  • Linksla

    2023-03-28 10:53:48
  • Linux操作系统
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昨天下午突然收到运维邮件报警，显示数据平台服务器cpu利用率达到了98.94%，而且最近一段时间一直持续在70%以上，看起来像是硬件资源到瓶颈需要扩容了，但仔细思考就会发现咱们的业务系统并不是一个高并发或者CPU密集型的应用，这个利用率有点太夸张，硬件瓶颈应该不会这么快就到了，一定是哪里的业务代码逻辑有问题。



2、排查思路


2.1 定位高负载进程 pid


首先登录到服务器使用top命令确认服务器的具体情况，根据具体情况再进行分析判断。


图片


通过观察load average，以及负载评判标准（8核），可以确认服务器存在负载较高的情况；


图片


观察各个进程资源使用情况，可以看出进程id为682的进程，有着较高的CPU占比



2.2 定位具体的异常业务


这里咱们可以使用 pwdx 命令根据 pid 找到业务进程路径，进而定位到负责人和项目：


图片


可得出结论：该进程对应的就是数据平台的web服务。



2.3 定位异常线程及具体代码行


传统的方案一般是4步：


1、top oder by with P： 1040 // 首先按进程负载排序找到  maxLoad(pid)

2、top -Hp 进程PID： 1073    // 找到相关负载 线程PID

3、printf “0x%x ”线程PID：  0x431  // 将线程PID转换为 16进制，为后面查找 jstack 日志做准备

4、jstack  进程PID | vim +/十六进制线程PID -        // 例如：jstack 1040|vim +/0x431 -


但是对于线上问题定位来说，分秒必争，上面的 4 步还是太繁琐耗时了，之前介绍过淘宝的oldratlee 同学就将上面的流程封装为了一个工具：show-busy-java-threads.sh，可以很方便的定位线上的这类问题：


图片


可得出结论：是系统中一个时间工具类方法的执行cpu占比较高，定位到具体方法后，查看代码逻辑是否存在性能问题。


※ 如果线上问题比较紧急，可以省略 2.1、2.2 直接执行 2.3，这里从多角度剖析只是为了给大家呈现一个完整的分析思路。



3、根因分析


经过前面的分析与排查，最终定位到一个时间工具类的问题，造成了服务器负载以及cpu使用率的过高。


  • 异常方法逻辑： 是把时间戳转成对应的具体的日期时间格式；

  • 上层调用： 计算当天凌晨至当前时间所有秒数，转化成对应的格式放入到set中返回结果；

  • 逻辑层： 对应的是数据平台实时报表的查询逻辑，实时报表会按照固定的时间间隔来，并且在一次查询中有多次（n次）方法调用。


那么可以得到结论，如果现在时间是当天上午10点，一次查询的计算次数就是 10*60*60*n次=36,000*n次计算，而且随着时间增长，越接近午夜单次查询次数会线性增加。由于实时查询、实时报警等模块大量的查询请求都需要多次调用该方法，导致了大量CPU资源的占用与浪费。



4、解决方案


定位到问题之后，首先考虑是要减少计算次数，优化异常方法。排查后发现，在逻辑层使用时，并没有使用该方法返回的set集合中的内容，而是简单的用set的size数值。确认逻辑后，通过新方法简化计算（当前秒数-当天凌晨的秒数），替换调用的方法，解决计算过多的问题。上线后观察服务器负载和cpu使用率，对比异常时间段下降了30倍，恢复至正常状态，至此该问题得已解决。


图片



5、总结


  • 在编码的过程中，除了要实现业务的逻辑，也要注重代码性能的优化。一个业务需求，能实现，和能实现的更高效、更优雅其实是两种截然不同的工程师能力和境界的体现，而后者也是工程师的核心竞争力。

  • 在代码编写完成之后，多做 review，多思考是不是可以用更好的方式来实现。

  • 线上问题不放过任何一个小细节！细节是魔鬼，技术的同学需要有刨根问题的求知欲和追求卓越的精神，只有这样，才能不断的成长和提升。



附上 show-busy-java-threads.sh脚本： 


    

#!/bin/bash


# @Function


# Find out the highest cpu consumed threads of java, and print the stack of these threads.


#


# @Usage


#   $ ./show-busy-java-threads.sh


#


# @author Jerry Lee



    


readonly PROG=`basename 
$0`


readonly -a COMMAND_LINE=(
"
$0" 
"
$@")



    



usage() {

    cat <

Usage: 
${PROG} [OPTION]...

Find out the highest cpu consumed threads of java, and 
print the stack of these threads.

Example: 
${PROG} -c 10



    

Options:

    -p, --pid       find out the highest cpu consumed threads from the specifed java process,

                    default from all java process.

    -c, --count     
set the thread count to show, default is 5

    -h, --
help      display this 
help and 
exit

EOF

    
exit 
$1

}



    


readonly ARGS=`getopt -n 
"
$PROG" -a -o c:p:h -l count:,pid:,
help -- 
"
$@"`

[ $? -ne 0 ] && usage 1


eval 
set -- 
"
${ARGS}"



    


while 
true; 
do

    
case 
"
$1" 
in

    -c|--count)

        count=
"
$2"

        
shift 2

        ;;

    -p|--pid)

        pid=
"
$2"

        
shift 2

        ;;

    -h|--
help)

        usage

        ;;

    --)

        
shift

        
break

        ;;

    
esac


done

count=
${count:-5}



    



redEcho() {

    [ -c /dev/stdout ] && {

        
# if stdout is console, turn on color output.

        
echo -ne 
"\033[1;31m"

        
echo -n 
"
$@"

        
echo -e 
"\033[0m"

    } || 
echo 
"
$@"

}



    



yellowEcho() {

    [ -c /dev/stdout ] && {

        
# if stdout is console, turn on color output.

        
echo -ne 
"\033[1;33m"

        
echo -n 
"
$@"

        
echo -e 
"\033[0m"

    } || 
echo 
"
$@"

}



    



blueEcho() {

    [ -c /dev/stdout ] && {

        
# if stdout is console, turn on color output.

        
echo -ne 
"\033[1;36m"

        
echo -n 
"
$@"

        
echo -e 
"\033[0m"

    } || 
echo 
"
$@"

}



    


# Check the existence of jstack command!


if ! 
which jstack &> /dev/null; 
then

    [ -z 
"
$JAVA_HOME" ] && {

        redEcho 
"Error: jstack not found on PATH!"

        
exit 1

    }

    ! [ -f 
"
$JAVA_HOME/bin/jstack" ] && {

        redEcho 
"Error: jstack not found on PATH and 
$JAVA_HOME/bin/jstack file does NOT exists!"

        
exit 1

    }

    ! [ -x 
"
$JAVA_HOME/bin/jstack" ] && {

        redEcho 
"Error: jstack not found on PATH and 
$JAVA_HOME/bin/jstack is NOT executalbe!"

        
exit 1

    }

    
export PATH=
"
$JAVA_HOME/bin:
$PATH"


fi



    


readonly uuid=`date +%s`_
${RANDOM}_$$



    



cleanupWhenExit() {

    rm /tmp/
${uuid}_* &> /dev/null

}


trap 
"cleanupWhenExit" EXIT



    



printStackOfThreads() {

    
local line

    
local count=1

    
while IFS=
" " 
read -a line ; 
do

        
local pid=
${line[0]}

        
local threadId=
${line[1]}

        
local threadId0x=
"0x`printf %x 
${threadId}`"

        
local user=
${line[2]}

        
local pcpu=
${line[4]}



    

        
local jstackFile=/tmp/
${uuid}_
${pid}



    

        [ ! -f 
"
${jstackFile}" ] && {

            {

                
if [ 
"
${user}" == 
"
${USER}" ]; 
then

                    jstack 
${pid} > 
${jstackFile}

                
else

                    
if [ 
$UID == 0 ]; 
then

                        sudo -u 
${user} jstack 
${pid} > 
${jstackFile}

                    
else

                        redEcho 
"[
$((count++))] Fail to jstack Busy(
${pcpu}%) thread(
${threadId}/
${threadId0x}) stack of java process(
${pid}) under user(
${user})."

                        redEcho 
"User of java process(
$user) is not current user(
$USER), need sudo to run again:"

                        yellowEcho 
"    sudo 
${COMMAND_LINE[@]}"

                        
echo

                        
continue

                    
fi

                
fi

            } || {

                redEcho 
"[
$((count++))] Fail to jstack Busy(
${pcpu}%) thread(
${threadId}/
${threadId0x}) stack of java process(
${pid}) under user(
${user})."

                
echo

                rm 
${jstackFile}

                
continue

            }

        }

        blueEcho 
"[
$((count++))] Busy(
${pcpu}%) thread(
${threadId}/
${threadId0x}) stack of java process(
${pid}) under user(
${user}):"

        sed 
"/nid=
${threadId0x} /,/^$/p" -n 
${jstackFile}

    
done

}



    



    

ps -Leo pid,lwp,user,comm,pcpu --no-headers | {

    [ -z 
"
${pid}" ] &&

    awk 
'$4=="java"{print $0}' ||

    awk -v 
"pid=
${pid}" 
'$1==pid,$4=="java"{print $0}'

} | sort -k5 -r -n | head --lines 
"
${count}" | printStackOfThreads


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