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线上 Linux CPU 100% 故障排查总结

线上 Linux CPU 100% 故障排查总结 终码一生
2025-03-31
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工作中当你服务器CPU达到100%时,该如何排查异常故障呢?文章结尾分享一个shell脚本,可助你排查Linux 系统 CPU 100% 异常问题。

昨天下午突然收到运维邮件报警,显示数据平台服务器cpu利用率达到了98.94%,而且最近一段时间一直持续在70%以上,看起来像是硬件资源到瓶颈需要扩容了,但仔细思考就会发现咱们的业务系统并不是一个高并发或者CPU密集型的应用,这个利用率有点太夸张,硬件瓶颈应该不会这么快就到了,一定是哪里的业务代码逻辑有问题。



2、排查思路


2.1 定位高负载进程 pid


首先登录到服务器使用top命令确认服务器的具体情况,根据具体情况再进行分析判断。


图片


通过观察load average,以及负载评判标准(8核),可以确认服务器存在负载较高的情况;


图片


观察各个进程资源使用情况,可以看出进程id为682的进程,有着较高的CPU占比


2.2 定位具体的异常业务


这里咱们可以使用 pwdx 命令根据 pid 找到业务进程路径,进而定位到负责人和项目:


图片


可得出结论:该进程对应的就是数据平台的web服务。


2.3 定位异常线程及具体代码行


传统的方案一般是4步:


1、top oder by with P:1040 // 首先按进程负载排序找到  maxLoad(pid)

2、top -Hp 进程PID:1073    // 找到相关负载 线程PID

3、printf “0x%x ”线程PID: 0x431  // 将线程PID转换为 16进制,为后面查找 jstack 日志做准备

4、jstack  进程PID | vim +/十六进制线程PID -        // 例如:jstack 1040|vim +/0x431 -


但是对于线上问题定位来说,分秒必争,上面的 4 步还是太繁琐耗时了,之前介绍过淘宝的oldratlee 同学就将上面的流程封装为了一个工具:show-busy-java-threads.sh,可以很方便的定位线上的这类问题:


图片


可得出结论:是系统中一个时间工具类方法的执行cpu占比较高,定位到具体方法后,查看代码逻辑是否存在性能问题。


※ 如果线上问题比较紧急,可以省略 2.1、2.2 直接执行 2.3,这里从多角度剖析只是为了给大家呈现一个完整的分析思路。



3、根因分析


经过前面的分析与排查,最终定位到一个时间工具类的问题,造成了服务器负载以及cpu使用率的过高。


  • 异常方法逻辑:是把时间戳转成对应的具体的日期时间格式;

  • 上层调用:计算当天凌晨至当前时间所有秒数,转化成对应的格式放入到set中返回结果;

  • 逻辑层:对应的是数据平台实时报表的查询逻辑,实时报表会按照固定的时间间隔来,并且在一次查询中有多次(n次)方法调用。


那么可以得到结论,如果现在时间是当天上午10点,一次查询的计算次数就是 10*60*60*n次=36,000*n次计算,而且随着时间增长,越接近午夜单次查询次数会线性增加。由于实时查询、实时报警等模块大量的查询请求都需要多次调用该方法,导致了大量CPU资源的占用与浪费。



4、解决方案


定位到问题之后,首先考虑是要减少计算次数,优化异常方法。排查后发现,在逻辑层使用时,并没有使用该方法返回的set集合中的内容,而是简单的用set的size数值。确认逻辑后,通过新方法简化计算(当前秒数-当天凌晨的秒数),替换调用的方法,解决计算过多的问题。上线后观察服务器负载和cpu使用率,对比异常时间段下降了30倍,恢复至正常状态,至此该问题得已解决。


图片



5、总结


  • 在编码的过程中,除了要实现业务的逻辑,也要注重代码性能的优化。一个业务需求,能实现,和能实现的更高效、更优雅其实是两种截然不同的工程师能力和境界的体现,而后者也是工程师的核心竞争力。

  • 在代码编写完成之后,多做 review,多思考是不是可以用更好的方式来实现。

  • 线上问题不放过任何一个小细节!细节是魔鬼,技术的同学需要有刨根问题的求知欲和追求卓越的精神,只有这样,才能不断的成长和提升。



附上show-busy-java-threads.sh脚本:

#!/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 <<EOF
Usage: ${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, --help      display this help and exit
EOF
exit$1
}

readonly ARGS=`getopt -n "$PROG" -a -o c:p:h -l count:,pid:,help -- "$@"`
[ $? -ne 0 ] && usage 1
evalset -- "${ARGS}"

whiletruedo
case"$1"in
    -c|--count)
        count="$2"
shift 2
        ;;
    -p|--pid)
        pid="$2"
shift 2
        ;;
    -h|--help)
        usage
        ;;
    --)
shift
break
        ;;
esac
done
count=${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 "$JAVA_HOME" ] && {
        redEcho "Error: jstack not found on PATH!"
exit 1
    }
    ! [ -f "$JAVA_HOME/bin/jstack" ] && {
        redEcho "Error: jstack not found on PATH and $JAVA_HOME/bin/jstack file does NOT exists!"
exit 1
    }
    ! [ -x "$JAVA_HOME/bin/jstack" ] && {
        redEcho "Error: jstack not found on PATH and $JAVA_HOME/bin/jstack is NOT executalbe!"
exit 1
    }
export PATH="$JAVA_HOME/bin:$PATH"
fi

readonly uuid=`date +%s`_${RANDOM}_$$

cleanupWhenExit() {
    rm /tmp/${uuid}_* &> /dev/null
}
trap"cleanupWhenExit" EXIT

printStackOfThreads() {
local line
local count=1
while IFS=" "read -a line ; do
local 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}" ]; then
                    jstack ${pid} > ${jstackFile}
else
if [ $UID == 0 ]; then
                        sudo -u ${user} jstack ${pid} > ${jstackFile}
else
                        redEcho "[$((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 ${COMMAND_LINE[@]}"
echo
continue
fi
fi
            } || {
                redEcho "[$((count++))] Fail to jstack Busy(${pcpu}%) thread(${threadId}/${threadId0x}) stack of java process(${pid}) under user(${user})."
echo
                rm ${jstackFile}
continue
            }
        }
        blueEcho "[$((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}" | printStackOfThrea

END

PS:防止找不到本篇文章,可以收藏点赞,方便翻阅查找哦。


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