CPU使用率过高问题排查及Linux之top命令用法详解

简介: hi(hardirq):表示 CPU 处理硬中断所花费的时间。硬中断是由外设硬件(如键盘控制器、硬件传感器等)发出的,需要有中断控制器参与,特点是快速执行。

问题


公司连续2天服务器告警CPU使用率过高问题,查看日志无果,尝试使用top命令排查问题。


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解决方案


在 Linux 系统下,使用 top 命令查看 CPU 使用情况。


%Cpu(s): 0.3 us, 0.1 sy, 0.0 ni, 99.6 id, 0.0 wa, 0.0 hi, 0.0 si, 0.0 st

2f4ed8137a35dcc0b0b3df613b0a230a.png


  • us(user):表示 CPU 在用户运行的时间百分比,通常用户 CPU 高表示有应用程序比较繁忙。典型的用户程序有:数据库、Web 服务器等。


  • sy(sys):表示 CPU 在内核态运行的时间百分比(不包括中断),通常内核态 CPU 越低越好,否则表示系统存在某些瓶颈。


  • ni(nice):表示用 nice 修正进程优先级的用户进程执行的 CPU 时间。nice 是一个进程优先级的修正值,如果进程通过它修改了优先级,则会单独统计 CPU 开销。


  • id(idle):表示 CPU 处于空闲态的时间占比,此时,CPU 会执行一个特定的虚拟进程,名为 System Idle Process。


  • wa(iowait):表示 CPU 在等待 I/O 操作完成所花费的时间,通常该指标越低越好,否则表示 I/O 存在瓶颈,可以用 iostat 等命令做进一步分析。


  • hi(hardirq):表示 CPU 处理硬中断所花费的时间。硬中断是由外设硬件(如键盘控制器、硬件传感器等)发出的,需要有中断控制器参与,特点是快速执行。


  • si(softirq):表示 CPU 处理软中断所花费的时间。软中断是由软件程序(如网络收发、定时调度等)发出的中断信号,特点是延迟执行。


  • st(steal):表示 CPU 被其他虚拟机占用的时间,仅出现在多虚拟机场景。如果该指标过高,可以检查下宿主机或其他虚拟机是否异常。


排查用户 CPU 使用率高


用户 CPU 使用率反映了应用程序的繁忙程度,通常与我们自己写的代码息息相关。


操作步骤:


1) 通过 top 命令找到 CPU 消耗最多的进程号;


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2) 通过 top -Hp 进程号命令找到 CPU 消耗最多的线程号(列名仍然为 PID);


3) 通过printf “%x\n” 线程号命令输出该线程号对应的 16 进制数字;


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4) PID进程在内核调用情况。


如果是Java应用可通过 jstack 进程号 | grep 16进制线程号 -A 10 命令找到 CPU 消耗最多的线程方法堆栈。


非 Java 应用可使用 perf


perf top -p 7574


如果提示perf: command not found,使用yum install perf安装。


30886b515c2f84a1a837e748750b9103.png


perf利用Linux的trace特性,可以用于实时跟踪,统计event计数(perf stat);或者使用采样(perf record),报告(perf report|script|annotate)的使用方式进行诊断。


top命令用法


top命令经常用来监控linux的系统状况,是常用的性能分析工具,能够实时显示系统中各个进程的资源占用情况。


top的使用方式 top [-d number] | top [-bnp]


参数解释:


-d:number代表秒数,表示top命令显示的页面更新一次的间隔。默认是5秒。 -b:以批次的方式执行top。 -n:与-b配合使用,表示需要进行几次top命令的输出结果。 -p:指定特定的pid进程号进行观察。


在top命令显示的页面还可以输入以下按键执行相应的功能(注意大小写区分的):


?:显示在top当中可以输入的命令 P:以CPU的使用资源排序显示 M:以内存的使用资源排序显示 N:以pid排序显示 T:由进程使用的时间累计排序显示 k:给某一个pid一个信号。可以用来杀死进程 r:给某个pid重新定制一个nice值(即优先级) q:退出top(用ctrl+c也可以退出top)。


top各输出参数含义


下面是使用top命令来进行性能检测的截图:


图一(ubuntu):


2018080815173689.png


图二(centos):


20180808151327700.png


一、top前5行统计信息


第1行:top - 05:43:27 up 4:52, 2 users, load average: 0.58, 0.41, 0.30

第1行是任务队列信息,其参数如下:


内容 含义
05:43:27 表示当前时间
up 4:52 系统运行时间 格式为时:分
2 users 当前登录用户数
load average: 0.58, 0.41, 0.30 系统负载,即任务队列的平均长度。 三个数值分别为 1分钟、5分钟、15分钟前到现在的平均值。


load average: 如果这个数除以逻辑CPU的数量,结果高于5的时候就表明系统在超负荷运转了。


第2行:Tasks: 159 total, 1 running, 158 sleeping, 0 stopped, 0 zombie

第3行:%Cpu(s): 37.0 us, 3.7 sy, 0.0 ni, 59.3 id, 0.0 wa, 0.0 hi, 0.0 si, 0.0 st

第2、3行为进程和CPU的信息

当有多个CPU时,这些内容可能会超过两行,其参数如下:


内容

含义

159 total

进程总数

1 running

正在运行的进程数

158 sleeping

睡眠的进程数

0 stopped

停止的进程数

0 zombie

僵尸进程数

37.0 us

用户空间占用CPU百分比

3.7 sy

内核空间占用CPU百分比

0.0 ni

用户进程空间内改变过优先级的进程占用CPU百分比

59.3 id

空闲CPU百分比

0.0 wa

等待输入输出的CPU时间百分比

0.0 hi

硬中断(Hardware IRQ)占用CPU的百分比

0.0 si

软中断(Software Interrupts)占用CPU的百分比

0.0 st



第4行:KiB Mem: 1530752 total, 1481968 used, 48784 free, 70988 buffers

第5行:KiB Swap: 3905532 total, 267544 used, 3637988 free. 617312 cached Mem

第4、5行为内存信息


其参数如下:


内容

含义

KiB Mem: 1530752 total

物理内存总量

1481968 used

使用的物理内存总量

48784 free

空闲内存总量

70988 buffers(buff/cache)

用作内核缓存的内存量

KiB Swap: 3905532 total

交换区总量

267544 used

使用的交换区总量

3637988 free

空闲交换区总量

617312 cached Mem

缓冲的交换区总量。

3156100 avail Mem

代表可用于进程下一次分配的物理内存数量


上述最后提到的缓冲的交换区总量,这里解释一下,所谓缓冲的交换区总量,即内存中的内容被换出到交换区,而后又被换入到内存,但使用过的交换区尚未被覆盖,该数值即为这些内容已存在于内存中的交换区的大小。相应的内存再次被换出时可不必再对交换区写入。


计算可用内存数有一个近似的公式:

第四行的free + 第四行的buffers + 第五行的cached


二、进程信息


列名

含义

PID

进程id

PPID

父进程id

RUSER

Real user name

UID

进程所有者的用户id

USER

进程所有者的用户名

GROUP

进程所有者的组名

TTY

启动进程的终端名。不是从终端启动的进程则显示为 ?

PR

优先级

NI

nice值。负值表示高优先级,正值表示低优先级

P

最后使用的CPU,仅在多CPU环境下有意义

%CPU

上次更新到现在的CPU时间占用百分比

TIME

进程使用的CPU时间总计,单位秒

TIME+

进程使用的CPU时间总计,单位1/100秒

%MEM

进程使用的物理内存百分比

VIRT

进程使用的虚拟内存总量,单位kb。VIRT=SWAP+RES

SWAP

进程使用的虚拟内存中,被换出的大小,单位kb

RES

进程使用的、未被换出的物理内存大小,单位kb。RES=CODE+DATA

CODE

可执行代码占用的物理内存大小,单位kb

DATA

可执行代码以外的部分(数据段+栈)占用的物理内存大小,单位kb

SHR

共享内存大小,单位kb

nFLT

页面错误次数

nDRT

最后一次写入到现在,被修改过的页面数。

S

进程状态。D=不可中断的睡眠状态 R=运行 S=睡眠 T=跟踪/停止 Z=僵尸进程

COMMAND

命令名/命令行

WCHAN

若该进程在睡眠,则显示睡眠中的系统函数名

Flags

任务标志


Top 1的用法


默认进入top时,各进程是按照CPU的占用量来排序的。


1、在top基本视图中,按键盘数字“1”可以监控每个逻辑CPU的状况:


201808081521060.png


2、敲击键盘‘b’(打开关闭加亮效果)top视图变换如下:


20180808152549473.png


PID为16283为当前top视图中唯一的运行态进程。也可以敲击键盘‘y’来打开或者关闭运行态进程的加亮效果。


3、敲击键盘‘x’(打开/关闭排序列的加亮效果),top视图变换如下:


20180808152729792.png


可以看到现在是按"%CPU"进行排序的,可以按”shift+>”或者”shift+<”左右改变排序序列。


4、改变进程显示字段


在top基本视图中,敲击”f”进入另一个视图,在这里可以编辑基本视图中的显示字段:


20180808153036303.png


用上下键选择选项,按下空格键可以决定是否在基本视图中显示这个选项。


top命令是一个非常强大的功能,但是它监控的最小单位是进程,如果想监控更小单位时,就需要用到ps或者netstate命令来满足我们的要求。


%CPU和us%的区别


有的同学会把%CPU和us%搞晕,也就是下图所示在top的时候查看cpu的信息


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这时有的同学会问:这两个CPU到底哪个是对的。


其实都是对的,只是表达的意思不一样。


官方解释如下


Cpu(s):34.0% us: 用户空间占用CPU百分比


%CPU:上次更新到现在的CPU时间占用百分比


读到这里我也不是十分理解他们俩的关系,我一直以为%CPU是每个进程占用的cpu百分比,按理来说所有进程的该值加在一起应该等于us.


但事实并非如此,此时我们可以在top界面按一下1


03cc7b1ecc254b4b8d2949b034026134.png


这时候我们可以清晰得看到每个cpu的运行状态。


通过上面的显示我们发现Cpu(s)表示的是 所有用户进程占用整个cpu的平均值,由于每个核心占用的百分比不同,所以按平均值来算比较有参考意义。而%CPU显示的是进程占用一个核的百分比,而不是整个cpu(12核)的百分比,有时候可能大于100,那是因为该进程启用了多线程占用了多个核心,所以有时候我们看该值得时候会超过100%,但不会超过总核数*100。


另外查看CPU信息:在命令行里输入:cat /proc/cpuinfo


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