cpu load过高问题排查

load average的概念

top命令中load average显示的是最近1分钟、5分钟和15分钟的系统平均负载。

系统平均负载被定义为在特定时间间隔内运行队列中(在CPU上运行或者等待运行多少进程)的平均进程数。如果一个进程满足以下条件则其就会位于运行队列中：

• 它没有在等待I/O操作的结果
• 它没有主动进入等待状态(也就是没有调用’wait’)
• 没有被停止(例如：等待终止)

在Linux中，进程分为三种状态，一种是阻塞的进程blocked process，一种是可运行的进程runnable process，另外就是正在运行的进程running process。

进程可运行状态时，它处在一个运行队列run queue中，与其他可运行进程争夺CPU时间。 系统的load是指正在运行和准备好运行的进程的总数。比如现在系统有2个正在运行的进程，3个可运行进程，那么系统的load就是5。load average就是一定时间内的load数量。

一般来说只要每个CPU的当前活动进程数不大于3那么系统的性能就是良好的，如果每个CPU的任务数大于5，那么就表示这台机器的性能有严重问题。

CPU使用率高并不总是意味着CPU工作繁忙，它有可能是正在等待其他子系统。在进行性能分析时，将所有子系统当做一个整体来看是非常重要的，因为在子系统中可能会出现瀑布效应。衡量CPU 系统负载的指标是load,load 就是对计算机系统能够承担的多少负载的度量,简单的说是进程队列的长度。简单的例子比如食堂有五个窗口，当有小于五个学生来打饭，五个窗口都能及时处理，但是当学生个数超过5个，必然会出现等待的学生。请求大于当前的处理能力，会出现等待，引起load升高。
Load Average 就是一段时间(1min,5min,15min)内平均Load。平均负载的最佳值是1，这意味着每个进程都可以在一个完整的CPU 周期内完成。

cpu load高的排查思路

1. 首先排查哪些进程cpu占用率高。 通过命令 ps ux

2.  查看对应java进程的每个线程的CPU占用率。通过命令：ps -Lp 15047  cu

3.  追踪线程内部，查看load过高原因。通过命令：jstack 15047。

或者打印线程 jstack pidof java > stack.out

查找到对应的threadid, 再反查代码。

一般经验

cpu load的飙升，一方面可能和full gc的次数增大有关，一方面可能和死循环有关系

数据库系统load高的一般原因

    1 业务并发调用全表扫描/带有order by 排序的SQL语句.
    2 SQL语句没有合适索引/执行计划出错/update/delete where扫描全表,阻塞其他访问相同表的sql执行.
    3 存在秒杀类似的业务比如聚划算10点开团或者双十一秒杀,瞬时海量访问给数据库带来冲击。
    4 数据库做逻辑备份(需要全表扫描)或者多实例的压缩备份(压缩时需要大量的cpu计算,会导致系统服务器load飙高)
    5 磁盘写入方式改变 比如有writeback 变为 write through
       RAID卡都有写cache(Battery Backed Write Cache),写cache对IO性能的提升非常明显,因为掉电会丢失数据,所以必须由电池提供支持。
       电池会定期充放电,一般为90天左右,当发现电量低于某个阀值时,会将写cache策略从writeback置为writethrough,相当于写cache会失效,这时如果系统有大量的IO操作,可能会明显感觉到IO响应速度变慢,cpu 队列堆积系统load 飙高。

判别和处理load高问题

一般根据cpu数量去判断,也就是Load平均要小于CPU的数量,负载的正常值在不同的系统中有着很大的差别。在单核处理器的工作站中,1或2都是可以接受的。多核处理器的服务器(比如24核)上,load 会到达20 ，甚至更高。

a) 数据库层面
     1 top -u mysql -c 检查当前占用cpu资源最多的进程命令。-c 是为了显示出进程对应的执行命令语句，方便查看是什么操作导致系统load飙高。
     2 根据不同的情况获取pid 或者MySQL的端口号
     3 如果是MySQL 数据库服务导致laod 飙高，则可以使用如下命令
         show processlist;
         SELECT * FROM INFORMATION_SCHEMA.PROCESSLIST WHERE COMMAND <> 'sleep' AND TIME>100;
        或
         orzdba 工具检查逻辑读/thread active的值。用法orzdba --help
         orztop 工具检查当前正在执行的慢sql,用法orztop -P $port 
     4 获取异常的sql之后，剩下的比较好解决了。结合第一部分中的几条原因
        a 选择合适的索引
        b 调整sql 语句 比如对应order by 分页采用延迟关联
        c 业务层面增加缓存，减少对数据库的直接访问等
b) OS 系统层面 检查系统IO

    使用iostat 命令查看r/s(读请求),w/s(写请求),avgrq-sz(平均请求大小),await(IO等待), svctm(IO响应时间)

    r/s ,w/s是每秒读/写请求的次数。

   util是设备的利用率。如果它接近100%，通常说明设备能力趋于饱和(并不绝对，比如设备有写缓存)。有时候可能会出现大于100%的情况，这多半是计算时四舍五入引起的。
    svctm是平均每次请求的服务时间。这里有一个公式：(r/s+w/s)*(svctm/1000)=util。举例子：如果util达到100%，那么此时  svctm=1000/(r/s+w/s)，假设IOPS是1000，则svctm大概在1毫秒左右，如果长时间大于这个数值，说明系统出了问题。
   await是平均每次请求的等待时间。这个时间包括了队列时间和服务时间，也就是说，一般情况下，await大于svctm，它们的差值越小，队列时间越短，反之差值越大，队列时间越长，说明系统出了问题。
avgqu-sz是平均请求队列的长度。毫无疑问，队列长度越短越好。