通过Strace定位故障原因

俗话说：不怕贼偷，就怕贼惦记着。在面对故障的时候，我也有类似的感觉：不怕出故障，就怕你不知道故障的原因，眼睁睁地看着情况恶化却束手无策。

十一长假还没结束，服务器却频现高负载，Nginx出现错误日志：

• connect() failed (110: Connection timed out) while connecting to upstream
• connect() failed (111: Connection refused) while connecting to upstream

看上去是Upstream出了问题，在本例中Upstream就是PHP。一开始我搞不清楚到底是哪个PHP脚本出现了问题，无奈之下只好通过不断重启PHP服务来缓解高负载故障。

如果每次都手动重启服务无疑是个苦差事，好在可以通过CRON设置每分钟执行：

#/bin/bash

LOAD=$(awk '{print $1}' /proc/loadavg)

if [ $(echo "$LOAD > 100" | bc) = 1 ]; then
    /etc/init.d/php-fpm restart
fi

可惜这只是一个权宜之计，要想彻底解决就必须找出故障的真正原因是什么。

好在有Strace，让我们通过它来统计一下各个系统调用的耗时情况：

shell> strace -c -p $(pgrep -n php-fpm)

% time     seconds  usecs/call     calls    errors syscall
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
 30.53    0.023554         132       179           brk
 14.71    0.011350         140        81           mlock
 12.70    0.009798          15       658        16 recvfrom
  8.96    0.006910           7       927           read
  6.61    0.005097          43       119           accept
  5.57    0.004294           4       977           poll
  3.13    0.002415           7       359           write
  2.82    0.002177           7       311           sendto
  2.64    0.002033           2      1201         1 stat
  2.27    0.001750           1      2312           gettimeofday
  2.11    0.001626           1      1428           rt_sigaction
  1.55    0.001199           2       730           fstat
  1.29    0.000998          10       100       100 connect
  1.03    0.000792           4       178           shutdown
  1.00    0.000773           2       492           open
  0.93    0.000720           1       711           close
  0.49    0.000381           2       238           chdir
  0.35    0.000271           3        87           select
  0.29    0.000224           1       357           setitimer
  0.21    0.000159           2        81           munlock
  0.17    0.000133           2        88           getsockopt
  0.14    0.000110           1       149           lseek
  0.14    0.000106           1       121           mmap
  0.11    0.000086           1       121           munmap
  0.09    0.000072           0       238           rt_sigprocmask
  0.08    0.000063           4        17           lstat
  0.07    0.000054           0       313           uname
  0.00    0.000000           0        15         1 access
  0.00    0.000000           0       100           socket
  0.00    0.000000           0       101           setsockopt
  0.00    0.000000           0       277           fcntl
------ ----------- ----------- --------- --------- ----------------
100.00    0.077145                 13066       118 total

看上去「brk」非常可疑，它竟然耗费了三成的时间，保险起见，单独确认一下：

shell> strace -T -e brk -p $(pgrep -n php-fpm)

brk(0x1f18000) = 0x1f18000 <0.024025>
brk(0x1f58000) = 0x1f58000 <0.015503>
brk(0x1f98000) = 0x1f98000 <0.013037>
brk(0x1fd8000) = 0x1fd8000 <0.000056>
brk(0x2018000) = 0x2018000 <0.012635>

说明：在Strace中和操作花费时间相关的选项有两个，分别是「-r」和「-T」，它们的差别是「-r」表示相对时间，而「-T」表示绝对时间。简单统计可以用「-r」，但是需要注意的是在多进程背景下，CPU随时可能会被切换出去做别的事情，所以相对时间不一定准确，此时最好使用「-T」，在行尾可以看到操作时间，可以发现确实很慢。

在继续定位故障原因前，我们先通过「man brk」来查询一下它的含义：

brk() sets the end of the data segment to the value specified by end_data_segment, when that value is reasonable, the system does have enough memory and the process does not exceed its max data size (see setrlimit(2)).

简单点说就是内存不够用时通过它来申请新内存（ data segment），可是为什么呢？

shell> strace -T -p $(pgrep -n php-fpm) 2>&1 | grep -B 10 brk

stat("/path/to/script.php", {...}) = 0 <0.000064>
brk(0x1d9a000) = 0x1d9a000 <0.000067>
brk(0x1dda000) = 0x1dda000 <0.001134>
brk(0x1e1a000) = 0x1e1a000 <0.000065>
brk(0x1e5a000) = 0x1e5a000 <0.012396>
brk(0x1e9a000) = 0x1e9a000 <0.000092>

通过「grep」我们很方便就能获取相关的上下文，可以发现每当请求某些PHP脚本时，就会出现若干条耗时的「brk」，而且这些PHP脚本有一个共同的特点，就是非常大，甚至有几百K，为何会出现这么大的PHP脚本？原来是程序员为了避免数据库操作，把非常庞大的数组变量通过「 var_export」持久化到PHP文件中，然后在程序中通过「 include」来获取相应的数据，由于「brk」操作比较慢，导致PHP处理请求的时间过大，加之PHP进程数有限，从而在Nginx上会出现请求拥堵现象，最终导致高负载故障。

…

拥抱故障，每一个故障都是学习的好机会，希望本文能给你些许启发。