Linux 之《荒岛余生》(二):CPU 篇

温馨提示,动图已压缩,流量党放心查看。CPU方面内容不多,我们顺便学点命令。本篇是《荒岛余生》系列第二篇,垂直观测CPU。其余参见:

Linux之《荒岛余生》(一)准备篇

如何做一个CPU

cpu是芯片的一种,我们以汉芯为例,看一下制作七步曲。

➊ 提纯精度11个9的硅片(99.999999999%)

➋ 生成晶圆

➌ 使用光刻机加工晶圆

➍ 使用刻蚀机沟槽

➎ 完成P型半导体制作

➏ 使用200号的粗砂纸抹掉原标志

➐ 涂上新标志

bingo,完工!

虽然CPU很小,但生产它的设备可不简单。如下图,就是一台重十几吨,占地上百平米,全世界都当宝贝的光刻机!

你我就这样饱受科技的恩泽,有时间探讨在中央处理器上发生的故事了。

找到占用CPU最高的线程

接下来看一个实际的例子。公司有点穷,所以机器上混合部署了多个java应用,突然有一天,CPU炸了,我们要找到是谁引起的。这个谁不是进程,而是线程,离真相最近的那个。

传统做法

通常的做法是:

➊ 在命令行输入 top ,然后 shift+p 查看占用CPU最高的进程,记下进程号

➋ 在命令行输入 top -Hp 进程号 ,查看占用CPU最高的线程

➌ 使用 printf 0x%x 线程号 ,得到其16进制线程号

➍ 使用 jstack 进程号 得到java执行栈,然后 grep 16进制找到相应的信息

录个屏先

拔萝卜带泥

但我想通过另外一种方式来实现这个功能(最多样化),顺便学几个其他常用的命令。

ps -eo %cpu,pid |sort -n -k1 -r | head -n 1 |  awk '{print $2}' |xargs  top -b -n1 -Hp | grep COMMAND -A1 | tail -n 1 | awk '{print $1}' | xargs printf 0x%x

这一行Shell的意思是,找到使用CPU最高的进程之使用CPU最高的线程的16进制号。

这么长的命令,是不是晕了?别怕,我们一点点来。通常情况下,练习熟练了命令中出现的这几个,就能够应对50%的常用工作了。Come on,上图。

接下来,试着写一下脚本吧。

有哪些查看CPU的命令

top

其实从上面命令就可以瞧出来,top和ps的命令是互通的,只不过表现形式不同,我们直接拿top来说。按数字1就可以显示每核CPU的使用情况。基本上都是些单词的缩写,看几遍就忘不掉了。比如 :

us ==> user CPU time

先记住这些判断准则,我们在示例中再聊:

➊ 如果load超过了cpu核数,则负载过高

➋ 如果wa过高,可初步判断I/O有问题

➌ sy,si,hi,st,任何一个超过5%,都有问题

➍ 进程状态长时处于D、Z、T状态,提高注意度

➎ cpu不均衡,判断亲和性和优先级问题

vmstat

vmstat 以另一种形式来展示一些信息。如图:

除了关注类似top的一些指标,还有:

b 置于等待队列(等待资源、等待输入/输出)的内核线程数目。数字过大则cpu太忙。

cs 如果频繁的进行上下文切换,则考虑是否是线程数开的过多

si / so 显示了交换分区的现状,有时候会造成cpu问题,一并关注

sar

是目前Linux上最为全面的系统性能分析工具之一,但可能没有预装。在centos上使用以下命令即可安装。

yum install sysstat -y

sar主要的好处是可以看到历史,显示友好,可以对结果进行二次处理。sar还有图形化工具,执行 sar -A 即可获得所有数据。

https://github.com/vlsi/ksar

针对于CPU方面,我们关注:

➊ sar -u  默认

➋ sar -P ALL 每颗cpu的使用状态信息

➌ sar -q  cpu队列的长度,runq-sz>cpu count就表明有瓶颈了

➍ sar -w  每秒上下文交换

可以瞧见,关注的也就那几个点而已。

mpstat

还有 pidstat ,包括彩色的 dstat ,功能都差不多, 用熟一个就ok了。

数据从何而来

那么数据从何而来?

/proc 目录是一个虚拟目录,存储的是当前内核的一系列特殊文件,你不仅能查看一些状态,甚至能修改一些值来改变系统的行为。

比如top的load (使用uptime命令得到同样的结果)。读取的就是

/proc/loadavg 文件

而每核cpu的信息,读取

/proc/stat 文件

这些命令,是对/proc目录中一系列信息的解析和友好的展示,这些值,Linux内核都算好了躺在那呢。

(图片来源网络)

创建这个目录的人真是天才!

几个例子

CPU过高是表象。除了系统确实负载已经到了极限,其他的,都是由其他原因引起的,比如I/O;比如设备。这些我们放在其他章节进行讨论。

GC引起的CPU过高

接着我们最开始的例子来。通过查看jstack找到相应的16进制进程,结果发现是GC线程。

"VM Thread" prio=10 tid=0x00007f06d8089000 nid=0x58c7 runnable 

"GC task thread#0 (ParallelGC)" prio=10 tid=0x00007f06d801b800 nid=0x58d7 runnable

这种情况,一般都是JVM内存不够用了,疯狂GC,可能是socket/线程忘了关闭了,也可能是大对象没有回收。这种情况只能通过重启来解决了,记得重启之前,使用jmap dump一下堆栈哦。当然,你可能会得到jdk版本的问题。

st%占比过高

st过高一般是物理CPU资源不足所致,也就是只发生在虚拟机上。

如果你买的虚拟机st一直很高,那你的服务提供商可能在超卖,挤占你的资源。不信双11的时候看下你的虚拟机?

网卡导致单cpu过高

业务方几台kafka,cpu使用处于正常水平,才10%左右,但有一核cpu,负载特别的高,si奇高。

mpstat -I SUM -P ALL 查看cpu使用情况,cpu0的中断确实比较多。

20:15:18  CPU    intr/s  
20:15:23  all  34234.20  
20:15:23    0   9566.20  
20:15:23    1      0.00

网卡需要cpu服务时,都会抛出一个中断,中断告诉cpu发生了什么事情,cpu就要停止目前的工作来处理这个中断。其实,默认所有的中断处理都集中在cpu0 上,导致服务器负载过高。cpu0 成了瓶颈,而其他cpu却还闲着。

➊ 解决方式1:使用CPU亲和性功能,kafka略过网卡所使用的CPU

➋ 解决方式2: 更换网卡

➌ 通常修改的方式还是有些复杂了,比如,修改

/proc/irq/{seq}/smp_affinity

我们可以直接安装 irqbalance ,然后执行就可以了。

yum install irqbalance -y 
service irqbalance start

cpu使用率低,但负载高

cpu id%高,也就是空闲,比如90%。但 load average非常高,比如4核达到10。

分析:load average高,说明其任务已经排队,许多任务正在等待。出现此种情况,可能存在大量不可中断的进程。

使用top或者ps可以看到进程相应的状态。

ps aux

一种情况就是有大量进程处于D的状态,也就是不可中断的睡眠状态,所以很可能是硬件问题。

详见 《Linux进程状态(ps stat)之R、S、D、T、Z、X》

高频问题:load

load代表的是啥

说句白话,load代表的就是你目前系统进程的排队情况。

如图,以单核为例,将CPU资源抽象成一条单行马路。则会发生三种情况:

➊ 马路上的车只有4辆,车辆畅通无阻,load大约是0.5

➋ 马路上的车有8辆,正好能首尾相接安全通过,此时load大约为1

➌ 马路上的车有12辆,除了在马路上的8辆车,还有4辆交集的等在外面,也就是超出容量了,需要排队。此时load大约为1.5

load为1代表的是啥

针对这个问题,误解还是比较多的。很多同学认为,load达到1,系统就到了瓶颈,这不完全正确。

load的值和cpu核数息息相关:

➊ 单核的cpu达到100%,load约1

➋ 双核的cpu都达到100%,load约2

➌ 四核的cpu都达到100%,load约为4

所以,对于一个load到了10,却是16核的机器,你的系统还远没有达到负载极限。

结尾

此文归属微信公众号「小姐姐味道」,转载注明出处。 本篇实际的排查过程较少,因为cpu问题一般都伴随着其他问题。但文中出现的这些命令可不简单,尤其是它们丰富的参数。这些参数,执行一下man,就可以一睹芳容了。比如:

man top

当然,也可以这样~

no woman、 no love,果然是一个只有男人的世界!

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