一、什么是cpu飙高?

一般指程序运行时cpu占用率过高
  linux系统中,我们使用top命令,会看到正在运行进程的cpu使用率等,同时在最上面也会看到总的cpu使用率,当总的cpu使用率过高,如果有运维监控平台,则一般我们会设置阈值大于80%就会发生报警。

一般来讲,我们说的cpu飙高指的是系统总的cpu高。我们会看到有用户进程使用的cpu使用率可能会300%乃至600%等,这时候如果是正常的cpu密集型计算导致,其实我们来看系统总的cpu使用率统计,它可能并不高,所以这种情况我们可认为是正常的(只有导致系统cpu整体飙高,我们这时候才认为不正常、当然先决条件是要排除一些客观因素后)。

  可参考下图,红色框选出来的即为总的cpu使用率。

容器CPU 预留_堆栈


图(一) 上图是top命令下的界面展示

二、为什么会cpu飙高?

cpu密集型计算

   针对于程序的执行,对硬件资源的使用情况,我们可以分为cpu密集型计算和io密集型计算。对于一些cpu密集型计算,如果对cpu的压榨特别狠,则会产生cpu飙高。

对于web服务访问量增大就有可能cpu飙高

   如果某一时刻有很多用户来访问某一web服务,需要处理大量请求而导致cpu飙高。

容器CPU 预留_服务器_02


图 (二) 上图是个80个用户并发访问的loadrunner图形化状态展示

容器CPU 预留_服务器_03

图(三) 上图是nmon工具对后台服务器的监控界面 如图三所示,其中cpu使用率高达95%(cpu utillisation中
User%指代的是用户态下(也就是目态)cpu使用率,Sys%指代的是管态下,cpu的使用率),这是在80个用户并发的情况下达到的,需要查明原因是因为用户访问量上去正常导致,还是程序里面有不合理的地方而导致,本图中所示是程序里有不合理的地方而导致。

不合理的定时任务资源调度也会导致cpu飙高

程序中某一位置代码写的不合理而导致的cpu飙高:
  比如:
   使用hashMap容器计算处理一些数据时,出现了一些不合理的操作。
   多线程任务时,线程发生死锁。
   不合理的多线程高并发程序。
   在调用数据库查询时,极短的时间内频繁调用模糊查询(这时候不仅对数据库有资源占有压力,也对应用服务器有一定的资源占有压力)。
   低版本jdk下易发生(有些写法低版本jdk是不适用的,因为有些操作,它的底层没有像高版本被优化过)。

三、如何躺平式处理cpu飙高问题

不合理程序导致的cpu飙高
1、定位导致cpu飙高的源头进程
  可以通过使用top命令看到cpu最高的进程号,观察其属于哪个应用。
  如图一所示,可以看到cpu使用率排第二的是一个java程序,如果java程序cpu使用率很高,则可以进一步追踪进去,观察它是由于哪个线程导致的cpu飙高。
top直接使用top命令2、定位导致cpu飙高的线程
  依然使用top命令,通过高cpu的应用进程号查到该进程下那些线程cpu占用率最高。
top -Hp pid 可以查看某个进程的线程信息(pid为进程号),此linux命令,其中参数H指展示线程信息,p指代展示对应的哪个进程号。3、查看导致cpu飙高的线程堆栈
  使用jstack命令查看cpu占用率高的堆栈信息,这时候,如果是有问题的程序,堆栈信息里面就已经会有所体现了。
  另外,jstack命令属于java sun jdk的tools工具命令,需要在linux中配置jdk环境变量才可以使用,或者直接用jstack命令的全路径名执行。
先将第一二步进程对应的使用率最高的线程号转换为16进制,留待接下来的命令使用,使用 printf "%x\n" pid转换,例如:printf "%x\n" 25553,其中25553就是线程号(25553转换为16进制是63d1)。接下来使用 jstack 25556 | grep 63d1 -A 50 ,(25556是使cpu飙高的25553线程所属的进程号,63d1是线程号25553转为16进制后的值)使用此命令后,基本上有问题就可以看出来了,包括代码原因导致的异常显示,或者线程死锁,阻塞等。4、找到异常堆栈分析原因
  找到异常堆栈后,查看是否有自己程序中开发的数据的代码行,直接去应用程序源码的对应位置分析该处是否写的有误。
一般在第三步中使用jstack命令后,出现在堆栈信息中的程序代码很大概率是问题代码,可以到具体代码行去排查和看了,如果实在发现不了问题,可以直接换写法看结果是否还是如此,或者猜测法猜测。5、由原因进行程序优化和问题修复或改进
  根据排查出的问题,进行代码优化。
如果出现的是tps瓶颈或者吞吐量问题,那么这时候就可以考虑jvm层进行优化一波了,具体优化原理,可移步作者的jvm专栏进行查看。(一般需要调优垃圾回收器,堆参数,gc回收阈值等,还可以调整解释和编译执行的阈值等)web服务因访问量增多而导致的cpu飙高
   web服务因访问量增多而导致的cpu飙高是很正常的cpu飙高,这时候我们可以考虑增加硬件资源,或者做集群来分流,更倾向于高并发导致。
  初期开发完毕后,在性能测试以后,肯定要进行分析,这时候就是探究是因为什么原因导致的cpu升高了,可以把并发慢慢提上去,如果初期小并发就出现问题了,那很大可能就是代码有问题了!
躺平式
  其实cpu飙高问题很常见,不要碰到cpu飙高就畏之如虎,其实排查解决起来很简单,前置条件理清,可能发生的大的原因其实就是以上所列出来那些,只要按照作者说的那个步骤,基本问题不大就处理掉了。
  当然,也有一些极端情况,如cpu温度过高等导致cpu飙高及其它…,这种情况我们基本碰不到的。   jstack是常用的命令,一般通过它就可以排查出问题了,我们也可以设置服务器运行时的jvm参数,设置记录gc日志和oom信息,由此在发生相关异常情况时即可快速定位。也可在使用jstat命令查看gc信息,jstat命令在这里不做细说。
在这里贴出来个jvm配置参数

//weblogic  setDominEnv.sh
   JAVA_OPTIONS="-Xms3072 -Xmx3072m -XX:+UseG1GC -xloggc:/home/weblogic/gclog/gc.log -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/home/weblogic/oom"
   //tomcat catalina.sh
   JAVA_OPTS="-Xms3072 -Xmx3072m -XX:+UseG1GC -xloggc:/home/weblogic/gclog/gc.log -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=/home/weblogic/oom"

这些参数是jvm参数,与服务器中间件无关,所以参数不用做更改,只是配置的位置和脚本变量根据不同的中间件有所不一样而已。其中-Xms是最小堆空间,-Xmx是最大堆空间,weblogic最大最小堆空间配置一样即可,tomcat最大最小堆空间可根据实际情况配置。-xlogGc是gc日志记录的地方,-XX:+heapDumpPath是堆溢出时导出堆文件的目录路径

另:jvm可被监控,只要开启监控端口即可,另外客户端启动监控时要注意该jdk版本是否和被监控jdk版本一致或者稍大。小版本jdk jvisualvm工具不可监控大版本jvm。java的jdk包下的jdk目录bin目录下有一些jdk 工具,jvisualvm是其中一个。可通过jvm监控,观察服务运行jvm内部的平稳性,对于jvm的平稳性是有要求的,不宜极大波动(可类比天地板)(频繁)。

//jvm监控端口开放配置,如上,也配置在jvm参数中即可
   "-Dcom.sun.management.jmxremote.port=8999 -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false "

四、一个栗子

栗子概要:高并发下大量模糊查询的cpu飙高。

环境:
oracle数据库
webloigc应用容器。
  ……
  以前,有一次做完一个项目,信心满满,业务测试后觉得一点问题也没有,可以投产了。
  但是就在投产前的三个星期,进行投产前的最后一步——性能测试的时候,出问题了!
  只有10并发的访问量,cpu使用率居然超过了80%,纳尼?这是什么鬼,首先检查了压力测试录制的c脚本,发现 脚本里面是需要点击多条件联合查询页,这个里面有模糊查询(后置模糊是可以索引命中的),对于主检索字段都建了索引,基本可以优化的都优化了,最后发现忘了一步,对于多条件联合检索,是需要创建联合索引才可以,而且要包括所有的会联合的字段。
  最后发现做了此种操作后,还是不行,虽然比以前好多了,但是并发量稍微上去,cpu还是容易飙高,定位后还是模糊查询导致,这时候进行了默认首页数据缓存,彻底解决了这个联合查询页默认点击后的cpu飙高问题。
稍微解释一下:如果模糊查询过慢,会导致请求线程处理等待等,这时候频繁访问,老线程得不到释放,其实是很容易让cpu升起来的,因为每个线程都会占用一定的资源,尤其是在并发下。

上面的这个栗子,只是个简单的栗子,但是说明什么?说明出现cpu飙高问题,需要在整体环境下进行考虑和排查,而不能仅仅局限于程序运行的服务器环境和程序本身,整体环境下考虑才能更完整、更容易找到真正的cpu飙高原因,原因找到了,剩下的其实就是确定优化方案,这一步就相对容易了。