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CPU性能篇-CPU 100%如何定位根因-Day 03

news 来源：原创 2025/5/21 17:22:30

1. CPU使用率

1.1 关键指标介绍

user（通常缩写为 us），代表用户态 CPU 时间。注意，它不包括下面的 nice 时间，但包括了 guest 时间。
nice（通常缩写为 ni），代表低优先级用户态 CPU 时间，也就是进程的 nice 值被调整为 1-19 之间时的 CPU 时间。这里注意，nice 可取值范围是 -20 到 19，数值越大，优先级反而越低。
system（通常缩写为 sys），代表内核态 CPU 时间。
idle（通常缩写为 id），代表空闲时间。注意，它不包括等待 I/O 的时间（iowait）。
iowait（通常缩写为 wa），代表等待 I/O 的 CPU 时间。
irq（通常缩写为 hi），代表处理硬中断的 CPU 时间。
softirq（通常缩写为 si），代表处理软中断的 CPU 时间。
steal（通常缩写为 st），代表当系统运行在虚拟机中的时候，被其他虚拟机占用的 CPU 时间。
guest（通常缩写为 guest），代表通过虚拟化运行其他操作系统的时间，也就是运行虚拟机的 CPU 时间。
guest_nice（通常缩写为 gnice），代表以低优先级运行虚拟机的时间。

1.2 查看cpu使用率的方式

top：显示系统总体的 CPU 和内存使用情况，以及各个进程的资源使用情况。
pidstat：精准显示指定进程的用户态与内核态CPU。

1.2.1 top

top - 17:07:41 up 216 days,  1:01,  1 user,  load average: 0.39, 0.53, 0.54
Tasks: 401 total,   1 running, 282 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu(s):  0.8 us,  0.8 sy,  0.0 ni, 98.5 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
KiB Mem : 32099888 total,   377652 free, 21777476 used,  9944760 buff/cache
KiB Swap:        0 total,        0 free,        0 used. 10788768 avail Mem PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND                                                                                          9577 root      20   0 2117384 162780  62812 S   6.7  0.5  13631:36 kubelet                                                                                          
1416875 root      20   0   12.0g   1.4g  17404 S   6.7  4.5 597:07.07 java                                                                                             
3225317 root      20   0  162392   4596   3704 R   6.7  0.0   0:00.01 top                                                                                              1 root      20   0  195532   7652   4164 S   0.0  0.0  53:26.80 systemd

如上图第三行：

us (user space): 用户空间占用 CPU 的百分比。
sy (system space): 系统空间占用 CPU 的百分比。
ni (nice): 改变过优先级的进程占用 CPU 的百分比。
id (idle): 空闲 CPU 时间的百分比。
wa (iowait): 等待输入输出操作完成占用 CPU 的百分比。
hi (hardware interrupt): 硬件中断占用 CPU 的百分比。
si (software interrupt): 软件中断占用 CPU 的百分比。
st (steal time): 被虚拟机偷走的时间，即在虚拟化环境中，虚拟机等待实际 CPU 时间的百分比。

1.2.2 pidstat

[root@VM-8-109-tencentos ~]# pidstat 
Linux 5.4.119-19.0009.40 (VM-8-109-tencentos)   12/23/2024      _x86_64_        (16 CPU)05:13:15 PM   UID       PID    %usr %system  %guest    %CPU   CPU  Command
05:13:15 PM     0         1    0.01    0.01    0.00    0.02     6  systemd
05:13:15 PM     0         2    0.00    0.00    0.00    0.00     4  kthreadd
05:13:15 PM     0         9    0.00    0.00    0.00    0.00     0  ksoftirqd/0
……省略部分输出

2. CPU使用率过高如何分析根因

使用top、pidstat等工具，先找到CPU使用率较高的进程。
使用perf分析进程中到底是哪个函数在占用CPU。

注意：
GDB（The GNU Project Debugger）也可以分析占用 CPU 的到底是代码里的哪个函数，但是并不适合在性能分析的早期应用，因为 GDB 调试程序的过程会中断程序运行，这在线上环境往往是不允许的。
所以，GDB 只适合用在性能分析的后期，当你找到了出问题的大致函数后，线下再借助它来进一步调试函数内部的问题。

2.1 perf的常用方式

2.1.1 perf top

实时显示整个系统中，占用 CPU 时钟最多的函数或者指令。

相关参数：

Samples：采样数。注意：如果采样数过少（比如只有十几个），那么下面命令行显示的排序和百分比就没有参考价值了。
event：事件类型。
Event count：事件总和。

[root@VM-8-109-tencentos ~]# perf top
Samples: 751K of event 'cycles', 4000 Hz, Event count (approx.): 43283192661 lost: 0/0 drop: 0/0                                                                       
Overhead  Shared Object                                                         Symbol                                                                                 8.17%  [kernel]                                                              [k] intel_idle_irq3.47%  kubelet                                                               [.] _start1.70%  [kernel]                                                              [k] update_blocked_averages1.69%  kube-proxy                                                            [.] 0x000000000002002b1.57%  kube-proxy                                                            [.] 0x00000000000204b30.97%  kube-proxy                                                            [.] 0x0000000

Overhead：是该符号的性能事件在所有采样中的比例，用百分比来表示。
Shared：是该函数或指令所在的动态共享对象（Dynamic Shared Object），如内核、进程名、动态链接库名、内核模块名等。
Object：是动态共享对象的类型。比如 [.] 表示用户空间的可执行程序、或者动态链接库，而 [k] 则表示内核空间。
Symbol：函数名。当函数名未知时，用十六进制的地址来表示。

从上面命令的返回来看，占用CPU时钟最多的是内核态的一个函数，但比例只有8.17%，说明系统并没有CPU性能问题。

2.1.2 perf record和perf report

perf top虽然可以实时查看系统的性能信息，但它不能保存数据离线分析。

perf record提供了保存数据的功能，保存后的数据，需要使用perf report解析展示。

[root@VM-8-109-tencentos /tmp]# perf record # 按Ctrl+C终止采样
^C[ perf record: Woken up 1 times to write data ]
[ perf record: Captured and wrote 1.692 MB perf.data (20628 samples) ][root@VM-8-109-tencentos /tmp]# ll -h perf.data 
-rw------- 1 root root 1.8M Dec 24 10:54 perf.data[root@VM-8-109-tencentos /tmp]# perf report # 分析采样数据

在实际使用中，我们还经常为 perf top 和 perf record 加上 -g 参数，开启调用关系的采样，方便我们根据调用链来分析性能问题。

3. 案例分析

下面我们就以 Nginx + PHP 的 Web 服务为例，来看看当你发现 CPU 使用率过高的问题后，要怎么使用 top 等工具找出异常的进程，又要怎么利用 perf 找出引发性能问题的函数。

3.1 环境准备

机器配置：CentOS 7 * 2、2 CPU、2GB内存
所需软件包：docker、sysstat、perf、ab（属于httpd-tools包）等。ab（apache bench）是一个常用的 HTTP 服务性能测试工具，这里用来模拟 Ngnix 的客户端。

注意，这个案例要用到两台虚拟机，如下图所示：

3.1.1 安装命令

yum -y install sysstat perf httpd-tools

3.2 操作与分析

3.2.1 启动测试容器

在虚拟机一启动容器

$ docker run --name nginx -p 10000:80 -itd feisky/nginx
$ docker run --name phpfpm -itd --network container:nginx feisky/php-fpm

在虚拟机二启测试访问

[root@test ~]# curl 192.168.1.2:10000;echo
It works!

3.2.2 测试Nginx服务性能

终端2操作

# 并发10个请求测试Nginx性能，总共测试100个请求
[root@apache ~]# ab -c 10 -n 100 http://192.168.1.2:10000/
This is ApacheBench, Version 2.3 <$Revision: 1430300 $>
……省略部分输出
Requests per second:    19.80 [#/sec] (mean)
Time per request:       504.961 [ms] (mean)
……省略部分输出

从 ab 的输出结果我们可以看到，Nginx 能承受的每秒平均请求数只有 19.80。这也太差了吧。那到底是哪里出了问题呢？我们用 top 和 pidstat 再来观察下。

在第二个终端，将测试的请求总数增加到 10000

[root@test ~]# ab -c 10 -n 10000 http://192.168.1.2:10000/
This is ApacheBench, Version 2.3 <$Revision: 1430300 $>
Copyright 1996 Adam Twiss, Zeus Technology Ltd, http://www.zeustech.net/
Licensed to The Apache Software Foundation, http://www.apache.org/Benchmarking 192.168.1.2 (be patient)

回到第一个终端运行 top 命令，并按下数字 1 ，切换到每个 CPU 的使用率

可以看到，系统中有几个 php-fpm 进程的 CPU 使用率加起来接近 200%；而每个 CPU 的用户使用率（us）也已经超过了 98%，接近饱和。这样，我们就可以确认，正是用户空间的 php-fpm 进程，导致 CPU 使用率骤升。

3.2.3 使用perf定位高消耗CPU的函数

第1个终端操作

# -g开启调用关系分析，-p指定php-fpm的进程号21515（工作进程）
$ perf top -g -p 21515

这里由于是容器运行的，在宿主机使用perf的时候，函数显示都为16进制，可以参考：Linux性能优化实战学习笔记：第十七讲 - 活的潇洒80 - 博客园

我使用的是方案三。

mkdir /tmp/foo
$ PID=$(docker inspect --format {{.State.Pid}} phpfpm)
$ bindfs /proc/$PID/root /tmp/foo
$ perf report --symfs /tmp/foo# 使用完成后不要忘记解除绑定
$ umount /tmp/foo/

按方向键切换到 php-fpm，再按下回车键展开 php-fpm 的调用关系，你会发现，调用关系最终到了 sqrt 和 add_function。看来，我们需要从这两个函数入手了。

实际工作中，只要能定位到有问题的函数交给开发去排查解决即可。

4. 总结

用户 CPU 和 Nice CPU 高，说明用户态进程占用了较多的 CPU，所以应该着重排查进程的性能问题。
系统 CPU 高，说明内核态占用了较多的 CPU，所以应该着重排查内核线程或者系统调用的性能问题。
I/O 等待 CPU 高，说明等待 I/O 的时间比较长，所以应该着重排查系统存储是不是出现了 I/O 问题。
软中断和硬中断高，说明软中断或硬中断的处理程序占用了较多的 CPU，所以应该着重排查内核中的中断服务程序。

本章3个涉及到的cpu问题排查命令：

top：系统级别的cpu分析工具。
pidstat：进程级别的cpu分析工具。
perf：定位引发cpu性能问题的函数。

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编程日记 2025/5/20 23:29:54

【云原生】kubeadm搭建的kubernetes1.28集群上自建ingress-nginx服务

1、查询兼容性先确认下kubernetes版本与ingress-nginx版本兼容性 Ingress-NGINX 版本支持的 k8s 版本Alpine 版本Nginx 版本Helm Chart 版本v1.12.0-beta.01.31, 1.30, 1.29, 1.283.20.31.25.54.12.0-beta.0v1.11.31.30, 1.29, 1.28, 1.27, 1.263.20.31.25.54.11.3v1.11.21.3…...

编程日记 2025/5/22 1:18:45

分布式协同 - 分布式事务_TCC解决方案

文章目录导图Pre流程图2PC VS 3PC VS TCC2PC（Two-Phase Commit，二阶段提交）3PC（Three-Phase Commit，三阶段提交）TCC（Try-Confirm-Cancel）2PC、3PC与TCC的区别2PC、3PC与TCC的联系导…...

编程日记 2025/5/20 15:57:42

两分钟解决：vscode卡在设置SSH主机，VS Code-正在本地初始化VSCode服务器

问题原因 remote-ssh还是有一些bug的，在跟新之后可能会一直加载初始化SSH主机解决方案 1.打开终端2.登录链接vscode的账号，到家目录下3.找到 .vscode-server文件,删掉这个文件4.重启 vscode 就没问题了...

编程日记 2025/5/6 16:41:43

SpringBoot3整合FastJSON2如何配置configureMessageConverters

在 Spring Boot 3 中整合 FastJSON 2 主要涉及到以下几个步骤，包括添加依赖、配置 FastJSON 作为 JSON 处理器等。下面是详细的步骤： 1. 添加依赖首先，你需要在你的 pom.xml 文件中添加 FastJSON 2 的依赖。以下是 Maven 依赖的示例&#…...

编程日记 2025/5/19 15:15:38

数据库安全-redisCouchdb

1.redis未授权访问默认端口:6379 1.1 Redis沙盒逃逸漏洞RCE-CVE-2022-0543 介绍：Redis 是一套开源的使用 ANSI C编写、支持网络、可基于内存亦可持久化的日志型、键值存储数据库，并提供多种语言的API。Redis 如果在没有开启认证的情况下，…...

编程日记 2025/5/19 13:10:29

java如何使用poi-tl在word模板里渲染多张图片

1、poi-tl官网地址 http://deepoove.com/poi-tl/ 2、引入poi-tl的依赖 <dependency><groupId>com.deepoove</groupId><artifactId>poi-tl</artifactId><version>1.12.1</version></dependency>3、定义word模板释义&#xf…...

编程日记 2025/5/20 17:01:24

ASP.NET ｜日常开发中常见问题归纳讲解

ASP.NET ｜日常开发中常见问题归纳讲解前言一、性能问题1.1 数据库访问性能1.2 视图状态（在ASP.NET Web Forms 中） 二、安全问题2.1 SQL 注入2.2 跨站脚本攻击（XSS） 三、状态管理问题3.1 会话状态（Session …...

编程日记 2025/5/21 2:40:30

Jenkins安全部署规范及安全基线

Jenkins安全部署规范及安全基线进入安全设置界面启用安全Disable remember me访问控制——安全域（Security Realm）servlet容器代理（Delegate to servlet container）Jenkins专有用户数据库（Jenkins’ own user databas…...

编程日记 2025/5/21 9:01:16

stm32定时器输出比较----驱动步进电机

定时器输出比较理论 OC（Output Compare）输出比较输出比较可以通过比较CNT与CCR寄存器值的关系，来对输出电平进行置1、置0或翻转的操作，用于输出一定频率和占空比的PWM波形每个高级定时器和通用定时器都拥有4个输出比较通道高级定时器的前3个通道额外拥有死区生成和互补输出…...

编程日记 2025/5/21 4:31:42

文本文件和二进制文件

1.为什么使用文件使用文件我们可以将数据直接存放在电脑的硬盘上，做到了数据的持久化。 2. 什么是文件磁盘上的文件是文件。但是在程序设计中，我们一般谈的文件有两种：程序文件、数据文件（从文件功能的角度来分类的&#xff09…...

编程日记 2025/5/20 3:07:45

Linux 常见用例汇总

注：本文为 Linux 常见用例文章合辑。部分内容已过时，未更新整理。检查 Linux 上的 glibc 版本译者：joeren | 2014-11-27 21:33 问：检查 Linux 系统上的 GNU C 库（glibc）的版本？ GNU C 库&…...

编程日记 2025/5/18 15:32:50

R9000P键盘失灵解决办法

问题描述突然，就是很突然，我买的R9000P 2024不到三个月，键盘突然都不能用了，是所有键盘按键都无效的那种。（可以使用外接键盘） 解决办法我本科室友说的好哈，全坏全没坏。 （该解…...

编程日记 2025/5/20 8:47:47

Windows、CentOS环境下搭建自己的版本管理资料库：GitBlit

可以搭建属于公司内部或者个人的Git服务器，方便程序代码及文档版本管理。官网：http://www.gitblit.com/ Windows环境下安装提前已经安装好了JDK。官网下载Windows版的GitBlit。将zip包解压到自己想要放置的文件夹下。建立版本库路径&#xff0c…...

编程日记 2025/5/17 3:47:34

《Web 应用项目开发：从构思到上线的全过程》

目录一、引言二、项目启动与需求分析三、设计阶段四、技术选型五、开发阶段六、测试阶段七、部署与上线八、维护与更新九、总结一、引言在数字化浪潮席卷全球的当下，Web 应用如繁星般在互联网的苍穹中闪烁，它们形态各异&#xff0c…...

编程日记 2025/5/18 18:03:47

ctf相关总结

CTF比赛定义： CTF（Capture The Flag）是一种信息安全竞赛形式，参赛队伍通过破解题目获取flag来得分。比赛流程： 参赛队伍在题目平台上登录，选择题目进行解答，提交flag后由系统自动评分。三…...

编程日记 2025/5/15 17:20:49

v3s点RGB屏 40pin 800x480，不一样的点屏，不通过chosen。

一、背景、目的、简介。一般来说，通过uboot将屏幕参数传给kernel，是通过修改设备树。 uboot和kernel都需要屏幕点亮。uboot侧重于显示一张图片。而kernel则多是动画。在这里，我先是找到了一个裸机点屏的代码。将其编译成静态库后&#x…...

编程日记 2025/5/17 7:26:44

学习笔记（prism--视频【WPF-prism核心教程】）--待更新

《一》框架介绍 prism是一个用于WPF…和winUI中构建的松散耦合，可维护和可测试的应用程序框架。帮助WPF开发人员以简化编写，维护和扩展来设计应用程序。优点：遵循特定的约定，可自动将view/ViewModel建立DataContext的关系&#…...

编程日记 2025/5/16 22:03:53