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Linux 系統(tǒng) CPU 100% 異常問題，能否用一個 Shell 腳本完美解決？

2024-07-10 09:04:15 Jinyu
昨天下午突然收到運維郵件報警，顯示數(shù)據(jù)平臺服務(wù)器cpu利用率達到了98.94%，而且最近一段時間一直持續(xù)在70%以上，看起來像是硬件資源到瓶頸需要擴容了，但仔細思考就會發(fā)現(xiàn)咱們的業(yè)務(wù)系統(tǒng)并不是一個高并發(fā)或者CPU密集型的應用，這個利用率有點太夸張，硬件瓶頸應該不會這么快就到了，一定是哪里的業(yè)務(wù)代碼邏輯有問題。

2、排查思路

2.1 定位高負載進程 pid

首先登錄到服務(wù)器使用top命令確認服務(wù)器的具體情況，根據(jù)具體情況再進行分析判斷。

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通過觀察load average，以及負載評判標準（8核），可以確認服務(wù)器存在負載較高的情況；

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觀察各個進程資源使用情況，可以看出進程id為682的進程，有著較高的CPU占比

2.2 定位具體的異常業(yè)務(wù)

這里咱們可以使用 pwdx 命令根據(jù) pid 找到業(yè)務(wù)進程路徑，進而定位到負責人和項目：

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可得出結(jié)論：該進程對應的就是數(shù)據(jù)平臺的web服務(wù)。

2.3 定位異常線程及具體代碼行

傳統(tǒng)的方案一般是4步：

1、top oder by with P：1040 // 首先按進程負載排序找到 maxLoad(pid)

2、top -Hp 進程PID：1073    // 找到相關(guān)負載 線程PID

3、printf “0x%x ”線程PID：0x431  // 將線程PID轉(zhuǎn)換為 16進制，為后面查找 jstack 日志做準備

4、jstack  進程PID | vim +/十六進制線程PID -        // 例如：jstack 1040|vim +/0x431 -

但是對于線上問題定位來說，分秒必爭，上面的 4 步還是太繁瑣耗時了，之前介紹過淘寶的 oldratlee 同學就將上面的流程封裝為了一個工具：show-busy-java-threads.sh，可以很方便的定位線上的這類問題：

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可得出結(jié)論：是系統(tǒng)中一個時間工具類方法的執(zhí)行cpu占比較高，定位到具體方法后，查看代碼邏輯是否存在性能問題。

※ 如果線上問題比較緊急，可以省略 2.1、2.2 直接執(zhí)行 2.3，這里從多角度剖析只是為了給大家呈現(xiàn)一個完整的分析思路。

3、根因分析

經(jīng)過前面的分析與排查，最終定位到一個時間工具類的問題，造成了服務(wù)器負載以及cpu使用率的過高。

  • 異常方法邏輯：是把時間戳轉(zhuǎn)成對應的具體的日期時間格式；
  • 上層調(diào)用：計算當天凌晨至當前時間所有秒數(shù)，轉(zhuǎn)化成對應的格式放入到set中返回結(jié)果；

  • 邏輯層：對應的是數(shù)據(jù)平臺實時報表的查詢邏輯，實時報表會按照固定的時間間隔來，并且在一次查詢中有多次（n次）方法調(diào)用。

那么可以得到結(jié)論，如果現(xiàn)在時間是當天上午10點，一次查詢的計算次數(shù)就是 10*60*60*n次=36,000*n次計算，而且隨著時間增長，越接近午夜單次查詢次數(shù)會線性增加。由于實時查詢、實時報警等模塊大量的查詢請求都需要多次調(diào)用該方法，導致了大量CPU資源的占用與浪費。

4、解決方案

定位到問題之后，首先考慮是要減少計算次數(shù)，優(yōu)化異常方法。排查后發(fā)現(xiàn)，在邏輯層使用時，并沒有使用該方法返回的set集合中的內(nèi)容，而是簡單的用set的size數(shù)值。確認邏輯后，通過新方法簡化計算（當前秒數(shù)-當天凌晨的秒數(shù)），替換調(diào)用的方法，解決計算過多的問題。上線后觀察服務(wù)器負載和cpu使用率，對比異常時間段下降了30倍，恢復至正常狀態(tài)，至此該問題得已解決。

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5、總結(jié)

  • 在編碼的過程中，除了要實現(xiàn)業(yè)務(wù)的邏輯，也要注重代碼性能的優(yōu)化。一個業(yè)務(wù)需求，能實現(xiàn)，和能實現(xiàn)的更高效、更優(yōu)雅其實是兩種截然不同的工程師能力和境界的體現(xiàn)，而后者也是工程師的核心競爭力。
  • 在代碼編寫完成之后，多做 review，多思考是不是可以用更好的方式來實現(xiàn)。
  • 線上問題不放過任何一個小細節(jié)！細節(jié)是魔鬼，技術(shù)的同學需要有刨根問題的求知欲和追求卓越的精神，只有這樣，才能不斷的成長和提升。

附上show-busy-java-threads.sh腳本：




















































































































































#!/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<<EOFUsage: ${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,--helpdisplay this help and exitEOFexit$1}
readonly ARGS=`getopt -n "$PROG" -a -o c:p:h -l count:,pid:,help -- "$@"`[ $?-ne 0]&& usage 1evalset--"${ARGS}"
whiletrue;docase"$1"in-c|--count)count="$2"shift2;;-p|--pid)pid="$2"shift2;;-h|--help)usage;;--)shiftbreak;;esacdonecount=${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 "$JAVA_HOME"]&&{redEcho "Error: jstack not found on PATH!"exit1}![-f "$JAVA_HOME/bin/jstack"]&&{redEcho "Error: jstack not found on PATH and $JAVA_HOME/bin/jstack file does NOT exists!"exit1}![-x "$JAVA_HOME/bin/jstack"]&&{redEcho "Error: jstack not found on PATH and $JAVA_HOME/bin/jstack is NOT executalbe!"exit1}export PATH="$JAVA_HOME/bin:$PATH"fi
readonly uuid=`date +%s`_${RANDOM}_$$
cleanupWhenExit(){rm/tmp/${uuid}_*&>/dev/null}trap"cleanupWhenExit" EXIT
printStackOfThreads(){local linelocal count=1while IFS=" "read-a line ;dolocal pid=${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}"];thenjstack ${pid}>${jstackFile}elseif[$UID==0];thensudo -u ${user} jstack ${pid}>${jstackFile}elseredEcho "[$((count++))] Fail to jstack Busy(${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 ${COMMAND_LINE[@]}"echocontinuefifi}||{redEcho "[$((count++))] Fail to jstack Busy(${pcpu}%) thread(${threadId}/${threadId0x}) stack of java process(${pid}) under user(${user})."echorm${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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