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Linux系统排查2——CPU负载篇

　　本随笔介绍CPU负载的排查手段。

　　查看系统负载的工具：uptime，w，都能查看系统负载，系统平均负载是处于运行或不可打扰状态的进程的平均数，

　　可运行：运行态，占用CPU，或就绪态，等待CPU调度。
　　不可打扰：阻塞，正在等待I/O

例1. 使用uptime查看系统负载

uptime

19:26:17 up 49 days, 7:34, 1 user, load average: 0.67, 0.51, 0.41

　　这里我们关注的是最后三列，即系统1分钟、5分钟、15分钟内的平均负载，判断一个系统负载是否偏高需要计算单核CPU的平均负载，等于这里uptime命令显示的系统平均负载 / CPU核数，一般以0.7为比较合适的值。偏高说明有比较多的进程在等待使用CPU资源。

　　

例2. 使用w查看系统负载

1 # w
2 19:29:47 up 49 days, 7:38, 1 user, load average: 0.42, 0.46, 0.41
3 USER TTY FROM LOGIN@ IDLE JCPU PCPU WHAT
4 openstac pts/1 10.14.16.25 19:21 1.00s 0.19s 0.03s sshd: openstack [priv]

　　使用 w 命令也可以查看类似的信息，w 命令还提供了当前登录用户，以及正在执行的操作等信息。

　　系统负载可以是CPU密集型的，也可以是RAM密集型和I/O密集型的，CPU密集型的系统比I/O密集型的系统响应度更好，因为I/O密集型的系统的磁盘I/O可能完全饱和，导致登录就很费事。

1. top命令
   
   

　　top命令不仅可以查看当前系统的平均负载，还可以查看不同进程对于CPU、内存等资源的使用情况，在内存排障部分我们也将介绍top命令。

例3. 使用top命令查看CPU使用率

top - 19:36:00 up 49 days, 7:44, 1 user, load average: 0.34, 0.38, 0.40
Tasks: 216 total, 3 running, 213 sleeping, 0 stopped, 0 zombie
%Cpu(s): 4.0 us, 6.1 sy, 0.0 ni, 88.0 id, 1.5 wa, 0.0 hi, 0.4 si, 0.0 st
KiB Mem: 12260128 total, 6160704 used, 6099424 free, 331448 buffers
KiB Swap: 0 total, 0 used, 0 free. 1393220 cached Mem

PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
3460 ntp 20 0 33508 2180 1536 S 47.2 0.0 5765:44 ntpd
12781 ceilome+ 20 0 137464 60096 4740 S 5.0 0.5 833:30.17 ceilometer-agen
2816 rabbitmq 20 0 2482652 274620 2612 S 1.7 2.2 1222:49 beam.smp
1501 mysql 20 0 655848 310788 9928 S 1.0 2.5 368:28.78 mysqld
2781 nova 20 0 355508 104096 3944 S 1.0 0.8 284:42.22 nova-conductor
410 root 39 19 0 0 0 S 0.7 0.0 409:22.74 kipmi0
2782 nova 20 0 356304 105000 3936 S 0.7 0.9 249:34.72 nova-conductor
19305 glance 20 0 182964 88608 4800 S 0.7 0.7 461:00.03 glance-api

　　例3给出了一个top命令的截图示意，默认情况下，top命令是以CPU使用率由高到低排序显示进程信息的，在 top 信息界面按 K 键，并输入想要终止的PID，就可以直接杀死指定进程。

　　top的 -b 选项开启批处理模式，将每次刷新全部打印到stdout

　　top的 -n 选项指定退出top命令前刷新多少次信息。

　　top命令的输出：

　　第1行：与uptime相同；

　　第3行：当前的CPU运行情况：

　　　　us：非nice用户进程占用CPU的比率

　　　　sy：内核、内核进程占用CPU的比率；

　　　　ni：如果一些用户进程修改过优先级，这里显示这些进程占用CPU时间的比率；

　　　　id：CPU空闲比率，如果系统缓慢而这个值很高，说明系统慢的原因不是CPU负载高；

　　　　wa：CPU等待执行I/O操作的时间比率，该指标可以用来排查磁盘I/O的问题，通常结合wa和id判断

　　　　hi：CPU处理硬件终端所占时间的比率；

　　　　si：CPU处理软件终端所占时间的比率；

　　　　st：流逝的时间，虚拟机中的其他任务所占CPU时间的比率；

　　用户进程占比高，wa低，说明系统缓慢的原因在于进程占用大量CPU，通常还会伴有教低的id，说明CPU空转时间很少；

　　wa低，id高，可以排除CPU资源瓶颈的可能。　　

　　wa高，说明I/O占用了大量的CPU时间，需要检查交换空间的使用，交换空间位于磁盘上，性能远低于内存，当内存耗尽开始使用交换空间时，将会给性能带来严重影响，所以对于性能要求较高的服务器，一般建议关闭交换空间。另一方面，如果内存充足，但wa很高，说明需要检查哪个进程占用了大量的I/O资源。

1. iostat命令
   
   

　　iostat命令可以查看系统分区的IO使用情况

例4. iostat命令查看系统IO占用

1 # iostat
2 Linux 3.13.0-55-generic (ISeR-Server1) 08/12/2015 _x8664 (4 CPU)
3
4 avg-cpu: %user %nice %system %iowait %steal %idle
5 4.62 0.02 2.20 0.55 0.00 92.60
6
7 Device: tps kB_read/s kB_wrtn/s kB_read kB_wrtn
8 sda 5.91 4.16 130.04 17735179 554343984

　　在第2行系统发行版本下面的第4、5行，可以看到与top命令中CPU使用情况类似的信息，

　　第7行，可以看到一些IO指标：

　　　　tps: 每秒I/O传输请求量；

　　　　kB_read/s：每秒读取多少KB；

　　　　kB_wrtn/s：每秒写多少KB；

　　　　kB_read：一共读了多少KB；

　　　　kB_wrtn：一共写了多少KB。

　　iostat命令属于sysstat工具包，由于我们的机器只挂载了一块硬盘，因此不能体现不同设备的I/O区别。

1. iotop命令
   
   

　　iotop命令类似于top命令，但是显示的是各个进程的I/O情况，对于定位I/O操作较重的进程有比较大的作用。

例5. iotop命令与进程的IO状况

1 Total DISK READ : 0.00 B/s | Total DISK WRITE : 972.38 K/s
2 Actual DISK READ: 0.00 B/s | Actual DISK WRITE: 995.35 K/s
3 TID PRIO USER DISK READ DISK WRITE SWAPIN IO> COMMAND
4 1651 be/4 mysql 0.00 B/s 953.24 K/s 0.00 % 6.71 % mysqld
5 189 be/3 root 0.00 B/s 0.00 B/s 0.00 % 1.50 % [jbd2/sda2-8]
6 3492 be/4 mysql 0.00 B/s 7.66 K/s 0.00 % 0.80 % mysqld
7 3475 be/4 mysql 0.00 B/s 3.83 K/s 0.00 % 0.52 % mysqld
8 1539 be/4 mysql 0.00 B/s 0.00 B/s 0.00 % 0.30 % mysqld
9 2419 be/4 mysql 0.00 B/s 3.83 K/s 0.00 % 0.24 % mysqld
10 3085 be/4 mysql 0.00 B/s 3.83 K/s 0.00 % 0.22 % mysqld

　　这里可以看到不同任务的读写强度。

二、 sysstat工具与负载历史回放

　　很多系统负载过高的时候我们是无法立即获知或者立即解决的，当检测到或者知道历史的高负载状况时，可能需要回放历史监控数据，这时 sar 命令就派上用场了，sar命令同样来自sysstat工具包，可以记录系统的CPU负载、I/O状况和内存使用记录，便于历史数据的回放。

　　Ubuntu系统上，sysstat的配置文件在/etc/default/sysstat，sysstat默认关闭，通过将该文件中的ENABLED改为"true"启用；历史日志的存放位置为/var/log/sysstat

　　Red Hat系统上，sysstat的配置文件在/etc/sysconfig/sysstat文件，历史日志的存放位置为/var/log/sa

　　两种系统上，统计信息都是每10分钟记录一次，每天的23:59会分割统计文件，这些操作的频率都在/etc/cron.d/sysstat文件配置。

1. sar命令查看CPU、内存和磁盘记录
   
   

　　默认情况下，sar命令显示当天的统计信息，不带参数显示CPU统计信息，参数-r显示收集的内存记录，-b显示磁盘I/O

例6. 使用sar命令查看当天CPU使用

1 # sar
2 Linux 3.13.0-55-generic (ISeR-Server1) 08/12/2015 _x8664 (4 CPU)
3
4 12:00:01 AM CPU %user %nice %system %iowait %steal %idle
5 12:05:01 AM all 3.83 0.02 4.24 0.61 0.00 91.30
6 12:15:01 AM all 3.57 0.02 4.28 0.58 0.00 91.54
7 12:25:01 AM all 3.83 0.02 5.16 0.60 0.00 90.39
8 12:35:01 AM all 3.98 0.02 5.66 0.58 0.00 89.76
9 12:45:01 AM all 3.86 0.02 5.26 0.59 0.00 90.28
10 12:55:01 AM all 3.77 0.02 5.19 0.60 0.00 90.42

例7. 使用sar命令查看当天内存使用

1 # sar -r
2 Linux 3.13.0-55-generic (ISeR-Server1) 08/12/2015 _x8664 (4 CPU)
3
4 12:00:01 AM kbmemfree kbmemused %memused kbbuffers kbcached kbcommit %commit kbactive kbinact kbdirty
5 12:05:01 AM 6420736 5839392 47.63 242640 1366912 6811944 55.56 4324000 1202152 24
6 12:15:01 AM 6423128 5837000 47.61 242640 1367348 6830944 55.72 4320608 1202400 48
7 12:25:01 AM 6430984 5829144 47.55 242640 1367548 6814980 55.59 4314376 1202468 48
8 12:35:01 AM 6422924 5837204 47.61 242640 1367848 6817224 55.60 4321604 1202576 48
9 12:45:01 AM 6427300 5832828 47.58 242640 1368056 6822240 55.65 4318412 1202572 28

例8. 使用sar命令查看当天IO统计记录

1 # sar -b
2 Linux 3.13.0-55-generic (ISeR-Server1) 08/12/2015 _x8664 (4 CPU)
3
4 12:00:01 AM tps rtps wtps bread/s bwrtn/s
5 12:05:01 AM 7.44 0.00 7.44 0.00 279.22
6 12:15:01 AM 6.45 0.00 6.45 0.00 255.84
7 12:25:01 AM 6.59 0.00 6.59 0.00 260.20
8 12:35:01 AM 6.51 0.00 6.51 0.00 261.42
9 12:45:01 AM 6.42 0.00 6.42 0.00 255.79

1. 使用sar查看指定时间、指定日期的历史记录
   
   

例9. 使用参数-s和-e限定查看的时间

1 # sar -s 20:00:00
2 Linux 3.13.0-55-generic (ISeR-Server1) 08/12/2015 _x8664 (4 CPU)
3
4 08:05:01 PM CPU %user %nice %system %iowait %steal %idle
5 08:15:01 PM all 3.98 0.02 6.07 0.58 0.00 89.34
6 08:25:01 PM all 4.32 0.02 5.74 0.58 0.00 89.34
7 Average: all 4.15 0.02 5.91 0.58 0.00 89.34

　　例9 只查看当天20:00:00后的CPU统计记录

例10. 使用参数-f查看本月内之前某一天的历史统计信息

1 # sar -f /var/log/sysstat/sa08
2 Linux 3.13.0-55-generic (ISeR-Server1) 08/08/2015 _x8664 (4 CPU)
3
4 12:00:01 AM CPU %user %nice %system %iowait %steal %idle
5 12:05:01 AM all 3.65 0.02 2.79 0.60 0.00 92.94
6 12:15:01 AM all 3.45 0.02 3.03 0.56 0.00 92.94
7 12:25:01 AM all 3.43 0.02 3.25 0.56 0.00 92.74
8 12:35:01 AM all 3.44 0.01 3.09 0.56 0.00 92.89
9 12:45:01 AM all 3.25 0.02 1.35 0.55 0.00 94.83
10 12:55:01 AM all 3.36 0.02 1.77 0.56 0.00 94.29

　　sysstat工具只存储1个月内的系统使用记录，每天的记录以saN为文件名保存在相应的日志目录中，这里我们查看本月8号的CPU使用记录。