Linux系统CPU负载的查询和案例分析

Apr 23 2021

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概述

本文主要介绍Linux系统CPU负载的查询和案例分析进行说明。

详细信息

阿里云提醒您：

如果您对实例或数据有修改、变更等风险操作，务必注意实例的容灾、容错能力，确保数据安全。

如果您对实例（包括但不限于ECS、RDS）等进行配置与数据修改，建议提前创建快照或开启RDS日志备份等功能。

如果您在阿里云平台授权或者提交过登录账号、密码等安全信息，建议您及时修改。

注意：本文相关配置及说明已在CentOS 6.5 64位操作系统中进行过测试。其它发行版的配置可能有所差异，具体情况请参阅相应发行版的官方文档。

如果Linux系统的ECS实例CPU持续保持高使用率，则会对系统稳定性和业务运行造成影响。可以按如下步骤进行处理。

定位问题。找到影响CPU使用率过高的具体进程。
分析处理。查看影响CPU使用率过高的进程是否正常，并分类进行处理。
- 对于正常进程：您需要对程序进行优化或者升级服务器配置。
- 对于异常进程：您可以手动对进程进行查杀，也可以使用第三方安全工具去查杀。

CPU负载的查询分析

在Linux系统中，查看进程的常用命令如下所示。本文主要介绍vmstat和top。

vmstat
top
ps -aux
ps -ef

使用vmstat命令查看

通过vmstat命令，从系统维度查看CPU资源的使用情况。命令格式类似如下，表示结果一秒刷新一次。

vmstat -n 1

示例如下。

procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 1  0      0 2684984 310452 2364304    0    0     5    17   19   35  4  2 94  0  0
 0  0      0 2687504 310452 2362268    0    0     0   252 1942 4326  5  2 93  0  0
 0  0      0 2687356 310460 2362252    0    0     0    68 1891 4449  3  2 95  0  0
 0  0      0 2687252 310460 2362256    0    0     0     0 1906 4616  4  1 95  0  0

注：返回结果中的主要数据列说明如下。

r：表示系统中CPU等待处理的线程。一个CPU每次只能处理一个线程，所以该数值越大，通常表示系统运行越慢。

us：用户模式消耗的CPU时间百分比。该值较高时，说明用户进程消耗的CPU时间比较多。如果该值长期超过50%，则需要对程序算法或代码等进行优化。

sy：内核模式消耗的CPU时间百分比。

wa：IO等待消耗的CPU时间百分比。该值较高时，说明IO等待比较严重，这可能磁盘大量作随机访问造成的，也可能是磁盘性能出现了瓶颈。

id：处于空闲状态的CPU时间百分比。如果该值持续为0，同时sy是us的两倍，则通常说明系统面临CPU资源短缺。

使用top命令查看

登录Linux实例。

执行如下命令，从进程纬度来查看CPU、内存等资源的使用情况。命令格式类似如下。

top

系统显示类似如下。

top - 17:27:13 up 27 days,  3:13,  1 user,  load average: 0.02, 0.03, 0.05
Tasks:  94 total,   1 running,  93 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu(s):  0.3 us,  0.1 sy,  0.0 ni, 99.5 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.1 st
KiB Mem:   1016656 total,   946628 used,    70028 free,   169536 buffers
KiB Swap:        0 total,        0 used,        0 free.   448644 cached Mem
PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S %CPU %MEM     TIME+ COMMAND
1 root      20   0       41412   3824    2308 S  0.0  0.4   0:19.01 systemd
2 root      20   0       0      0     0  S  0.0  0.0   0:00.04 kthreadd

针对负载问题，您只需关注回显的第一行和第三行信息，详细说明如下。
1. top命令的第一行显示的内容17:27:13 up 27 days, 3:13, 1 user, load average: 0.02, 0.03, 0.05，依次为系统当前时间、系统到目前为止已运行的时间、当前登录系统的用户数量、系统负载，这与直接执行uptime命令查询结果一致。
2. top命令的第三行会显示当前CPU资源的总体使用情况，下方会显示各个进程的资源占用情况。
通过 P 键，可以对CPU使用率进行倒序排列，进而定位系统中占用CPU较高的进程。
提示：通过 M 键，您可以对系统内存使用情况进行排序。如果有多核CPU，数字键1可以显示每核CPU的负载状况。
执行如下命令，可以查看每个进程ID对应的程序文件。
```
ll /proc/PID/exe
```

操作案例

案例一：使用top命令终止CPU消耗较大的进程

通过top命令查看系统的负载问题，并定位耗用较多CPU资源的进程，在运行界面快速终止相应的异常进程。

想要终止某个进程，先键入小写字母 k。
输入想要终止的进程PID，默认为输出结果的第一个PID。如下图所示，假如想要终止PID为23的进程，输入23后回车。

操作成功后，界面会出现类似Send pid 23 signal [15/sigterm]的提示信息让用户进行确认。按回车确认即可。

案例二：CPU使用率较低但负载较高

问题描述

当前Linux系统没有业务程序运行。通过top命令观察，发现CPU很空闲，但是load average却非常高，如下图所示。

处理办法

load average是对CPU负载进行评估的，其值越高说明其任务队列越长，处于等待执行的任务越多。出现此种情况时，可能是由于僵死进程导致的。可以通过ps -axjf命令查看是否存在 D+ 状态进程，该状态是指不可中断的睡眠状态。处于该状态的进程无法终止，也无法自行退出。只能通过恢复其依赖的资源或者重启系统来解决。

案例三：kswapd0进程占用CPU较高

操作系统使用分页机制来管理物理内存。操作系统将磁盘的一部分划出来作为虚拟内存，由于内存的速度要比磁盘快得多，所以操作系统要按照某种换页机制将不需要的页面换到磁盘中，将需要的页面调到内存中。由于内存持续不足，这个换页动作持续进行。kswapd0是虚拟内存管理中负责换页的进程，当服务器内存不足的时候kswapd0会执行换页操作，这个换页操作是十分消耗主机CPU资源的。如果通过top命令发现该进程持续处于非睡眠状态，且运行时间较长，可以初步判定系统在持续的进行换页操作，可以将问题转向内存不足的原因来排查。

问题描述

kswapd0进程占用了系统大量CPU资源。

处理办法

执行如下命令，查看kswapd0进程。
```
top
```
系统显示类似如下，发现kswapd0进程持续处于非睡眠状态，且运行时间较长并持续占用较高CPU资源，则通常是由于系统在持续的进行换页操作所致。
通过free 、ps等指令进一步查询系统及系统内进程的内存占用情况，做进一步排查分析。
针对系统当前内存不足的问题，您可以重启一些服务，释放内存。

提示：从长远的角度来看，您需要对内存大小进行升级。