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作為一個開發(fā)者，你可能會在應(yīng)用程序運行時遇到CPU跳動的問題。這種問題通常會導(dǎo)致CPU占用率的突然增加，導(dǎo)致應(yīng)用程序性能受到很大的影響。在本文中，我們將討論如何調(diào)試和解決Linux系統(tǒng)下CPU跳動的問題，并分享一些優(yōu)化技巧，以幫助你提高應(yīng)用程序的性能。
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一、CPU跳動問題的原因
CPU跳動的問題可能是由多種原因引起。一些常見的原因包括：
1.應(yīng)用程序的內(nèi)存泄漏：如果應(yīng)用程序中存在內(nèi)存泄漏，那么系統(tǒng)的虛擬內(nèi)存將很快被占滿，導(dǎo)致CPU的使用率增加，系統(tǒng)反應(yīng)慢。
2.磁盤I/O性能問題：如果應(yīng)用程序讀寫磁盤時出現(xiàn)問題，那么CPU的使用率也會隨之變化。
3.應(yīng)用程序代碼或算法問題：如果應(yīng)用程序存在性能問題，比如不必要的Loops或者不優(yōu)化的算法，那么CPU使用率也會因此而增加。
4.系統(tǒng)配置問題：如果系統(tǒng)配置不合理，比如CPU過度占用或者網(wǎng)絡(luò)問題，那么CPU跳動問題也可能出現(xiàn)。
在找到CPU跳動問題的原因后，我們就可以針對性的解決問題，并通過優(yōu)化技巧來提高應(yīng)用程序的性能。
二、解決CPU跳動問題
為了解決CPU跳動的問題，我們需要對系統(tǒng)進(jìn)行一些調(diào)試。
1.查看系統(tǒng)資源占用情況
你需要通過top命令查看系統(tǒng)資源占用情況。在終端中鍵入以下命令：
top
這個命令將顯示CPU和內(nèi)存的使用情況。如果你發(fā)現(xiàn)有一個或多個進(jìn)程占用大量的CPU或內(nèi)存，那么這可能就是導(dǎo)致CPU跳動的問題所在。你需要確定進(jìn)程的PID并嘗試找出問題的根源。
2. 使用strace命令進(jìn)行調(diào)試
使用strace命令來監(jiān)視進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用，以確定哪個調(diào)用導(dǎo)致CPU漫游。在終端中鍵入以下命令：
sudo strace -c -p [進(jìn)程ID]
這個命令將分析進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用并給出統(tǒng)計數(shù)據(jù)。你需要觀察額外的磁盤I/O或網(wǎng)絡(luò)操作等。 有時候我們會發(fā)現(xiàn)進(jìn)程調(diào)用了一個文件但對文件的訪問操作很快就結(jié)束了。這通常是因為在此之前應(yīng)用程序已經(jīng)打開過這個文件，因此我們需要使用lsof命令來查找問題所在，以便修復(fù)CPU跳動的問題。
3. 使用gdb調(diào)試
使用gdb調(diào)試器來定位并調(diào)試應(yīng)用程序中的問題。使用gdb命令可以啟動應(yīng)用程序的調(diào)試會話，并在程序運行時執(zhí)行斷點、驗證代碼等操作。使用gdb可以在應(yīng)用程序出現(xiàn)問題時對代碼進(jìn)行分析，并修復(fù)相關(guān)問題，從而解決CPU跳動的問題。
4. 內(nèi)存檢查
如果你懷疑應(yīng)用程序可能存在內(nèi)存泄漏，則可以使用一些內(nèi)存檢查工具，如valgrind，來分析應(yīng)用程序的內(nèi)存分配和釋放情況。通過分析內(nèi)存分配情況，我們可以找出哪段代碼負(fù)責(zé)實現(xiàn)內(nèi)存泄漏，并及時修復(fù)代碼。
三、優(yōu)化技巧
除了解決CPU跳動問題之外，我們還可以使用一些技巧來優(yōu)化應(yīng)用程序的性能，提高系統(tǒng)和應(yīng)用程序的的吞吐量。
1. 避免在代碼中使用Loops
在編寫應(yīng)用程序時，我們應(yīng)該盡量避免使用不必要的Loops。循環(huán)的每一次迭代都會為程序帶來額外的開銷，并增加CPU的使用率。如果要在應(yīng)用程序中使用循環(huán)操作，請使用性能更強(qiáng)的并行操作或內(nèi)置函數(shù)，如“map”或“reduce”等函數(shù)。
2. 優(yōu)化算法
在編寫程序時，我們應(yīng)該考慮使用更好的算法來減少計算時間。如果應(yīng)用程序發(fā)現(xiàn)處理時間過長或CPU使用情況過高，則需要查看應(yīng)用程序代碼，并評估應(yīng)用程序算法的效率。
3. 避免多線程
盡管多線程可以并行執(zhí)行很多任務(wù)，但是如果使用不當(dāng)，多線程也可能導(dǎo)致CPU使用率過高。如果你只需要執(zhí)行一個簡單的任務(wù)，那么單線程操作通常是更好的選擇。如果要使用多線程，請優(yōu)先考慮使用異步操作。
4. 數(shù)據(jù)緩存
將數(shù)據(jù)緩存到內(nèi)存中可以顯著提高應(yīng)用程序的響應(yīng)時間。緩存可以是服務(wù)器本地存儲、內(nèi)存數(shù)據(jù)庫、Redis緩存服務(wù)器等。如果遇到需要頻繁讀寫I/O操作的情況，緩存將顯著提高整個過程的性能。
綜上所述，Linux系統(tǒng)下CPU跳動問題的解決需要綜合使用上述調(diào)試工具和優(yōu)化技巧，并根據(jù)實際情況選擇合適的解決方案。通過調(diào)試、分析和優(yōu)化，我們可以顯著提高應(yīng)用程序的性能，從而提高整個系統(tǒng)的吞吐量并提高用戶體驗。
相關(guān)問題拓展閱讀：
- 如何在linux系統(tǒng)下查看cpu使用率
如何在linux系統(tǒng)下查看cpu使用率
在linux的系統(tǒng)維護(hù)中，可能需要經(jīng)常查看cpu使用率，分析系統(tǒng)整體的運行情況。而監(jiān)控CPU的性能一般包括以下3點：運行隊列、CPU使用率和上下文切換。
對于每一個CPU來說運行隊列更好不要超過3，例如，如果是雙核CPU就不要超過6。如果隊列長期保持在3以上，說明任何一個進(jìn)程運行時都不能馬上得到cpu的響應(yīng)，這時可能需要考慮升級cpu。另外滿負(fù)荷運行cpu的使用率更好是user空間保持在65%～70%，system空間保持在30%，空閑保持在0%~5% 。
下面總結(jié)下查看CPU使用率常用碧譽(yù)鋒的幾個命令。
1、top
這個命令很常用，在第三行有顯示CPU當(dāng)前的使用情況。
# top -bn 1 -i -c
top – 14:19:51 up 138 days, 7:15, 1 user, load average: 0.20, 0.33, 0.39
Tasks: 115 total, 1 running, 114 sleeping, 0 stopped, 0 zombie
Cpu(s): 4.5%us, 3.8%sy, 0.0%ni, 91.0%id, 0.6%wa, 0.0%hi, 0.0%si, 0.0%st
Mem:k total,k used,k free,k buffers
Swap:k total, 34788k used,k free,k cached
PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
12760 rootR 2.0 0.2 0:00.01 top -bn 1 -i -c
如上所示，top命令可以看到總體的系統(tǒng)運行狀態(tài)和cpu的使用率 。
%us：表示用戶空間程序的cpu使用率（悔晌沒有通過nice調(diào)度）
%sy：表示系統(tǒng)空間的cpu使用率，主要是內(nèi)核程序。
%ni：表示用戶空間且通過nice調(diào)度過的程序的cpu使用率。
%id：空閑cpu
%wa：cpu運行時在等待io的時間
%hi：cpu處理硬中斷的數(shù)量
%si：cpu處理軟中斷的數(shù)量
%st：被虛擬機(jī)偷走的cpu
2、vmstat
之前在本博客中有介紹過vmstat的使用，詳細(xì)使用和參數(shù)介紹參考網(wǎng)址：
。
# vmstat 1 5
procemoryswapiosystemcpu—–
r b swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id wa st
1 0
0
0 0
0 0
3、sar
sar命令語法和vmstat一樣。命令虛蠢不存在時需要安裝sysstat包，這個包很有用。
CPU使用率
例如每1秒采集一次CPU使用率，共采集5次。
# sar -u 1 5
Linux 3.18.5-x86_64-linode52 (li) 07/20/2023 _x86_64_ (1 CPU)
02:41:25 PM CPU %user %nice %system %iowait %steal %idle
02:41:26 PM all 64.71 0.00 18.63 0.00 0.98 15.69
02:41:27 PM all 29.47 0.00 22.11 14.74 0.00 33.68
02:41:28 PM all 67.33 0.00 31.68 0.99 0.00 0.00
02:41:29 PM all 7.00 0.00 2.00 0.00 0.00 91.00
02:41:30 PM all 69.00 0.00 23.00 0.00 0.00 8.00
Average: all 47.79 0.00 19.48 3.01 0.20 29.52
和top一樣，可以看到所有cpu的使用情況。如果需要查看某顆cpu的使用可以用-P參數(shù)。例如指定顯示0號cpu 的使用情況。
# sar -P 0 -u 1 5
Linux 3.18.5-x86_64-linode52 (li) 07/20/2023 _x86_64_ (1 CPU)
02:45:14 PM CPU %user %nice %system %iowait %steal %idle
02:45:15 PM 0 44.00 0.00 52.00 4.00 0.00 0.00
02:45:16 PM 0 9.28 0.00 26.80 62.89 1.03 0.00
02:45:17 PM 0 3.06 0.00 14.29 81.63 1.02 0.00
02:45:18 PM 0 4.12 0.00 22.68 72.16 1.03 0.00
02:45:19 PM 0 4.12 0.00 22.68 72.16 1.03 0.00
Average: 0 13.09 0.00 27.81 58.28 0.82 0.00
進(jìn)程隊列長度和平均負(fù)載狀態(tài)
例如每1秒采集一次，共采集5次。
# sar -q 1 5
Linux 3.18.5-x86_64-linode52 (li) 07/20/2023 _x86_64_ (1 CPU)
02:48:47 PM runq-sz plist-sz ldavg-1 ldavg-5 ldavg-15
02:48:48 PM.34 0.43 0.41
02:48:49 PM.34 0.43 0.41
02:48:50 PM.34 0.43 0.41
02:48:51 PM.31 0.42 0.40
02:48:52 PM.31 0.42 0.40
Average:.33 0.43 0.41
輸出項：
runq-sz：運行隊列的長度（等待運行的進(jìn)程數(shù)）
plist-sz：進(jìn)程列表中進(jìn)程（processes）和線程（threads）的數(shù)量
ldavg-1：最后1分鐘的系統(tǒng)平均負(fù)載（System load average）
ldavg-5：過去5分鐘的系統(tǒng)平均負(fù)載
ldavg-15：過去15分鐘的系統(tǒng)平均負(fù)載
進(jìn)程創(chuàng)建的平均值和上下文切換的次數(shù)
例如每1秒收集一次，共收集5次。
# sar -w 1 5
Linux 3.18.5-x86_64-linode52 (li) 07/20/2023 _x86_64_ (1 CPU)
02:54:03 PM proc/s cswch/s
02:54:04 PM 1.01 156.57
02:54:05 PM 1.00 132.00
02:54:06 PM 2.00 201.00
02:54:07 PM 2.02 126.26
02:54:08 PM 2.00 114.00
Average: 1.61 145.98
sar命令也可以獲取過去指定日期的性能參數(shù)。
# sar -u -f /var/log/sa/sa20
Linux 3.18.5-x86_64-linode52 (li) 07/20/2023 _x86_64_ (1 CPU)
01:10:01 PM CPU %user %nice %system %iowait %steal %idle
01:20:02 PM all 25.78 0.00 8.88 3.59 0.15 61.60
01:30:01 PM all 26.06 0.00 9.96 3.33 0.10 60.55
01:40:01 PM all 25.73 0.00 9.17 3.70 0.09 61.32
01:50:01 PM all 25.70 0.00 9.50 2.79 0.12 61.89
02:00:01 PM all 26.70 0.00 9.73 2.20 0.10 61.28
02:10:01 PM all 26.16 0.00 9.56 4.34 0.11 59.82
02:20:01 PM all 25.49 0.00 9.61 2.76 0.07 62.07
02:30:01 PM all 26.47 0.00 9.94 0.64 0.30 62.65
02:40:02 PM all 27.32 0.00 10.37 3.86 0.15 58.30
02:50:02 PM all 26.98 0.00 10.38 4.56 0.13 57.95
Average: all 26.24 0.00 9.71 3.18 0.13 60.74
4、mpstat
這個命令也在sysstat包中，語法類似。
例如每1秒收集一次，共5次。
# mpstat 1 5
Linux 3.18.5-x86_64-linode52 (li) 07/20/2023 _x86_64_ (1 CPU)
03:01:18 PM CPU %usr %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %guest %idle
03:01:19 PM all 52.53 0.00 23.23 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 24.24
03:01:20 PM all 21.00 0.00 4.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 75.00
03:01:21 PM all 53.00 0.00 18.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 29.00
03:01:22 PM all 26.00 0.00 3.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 71.00
03:01:23 PM all 46.00 0.00 18.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 36.00
Average: all 39.68 0.00 13.23 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 47.09
cpu使用情況比sar更加詳細(xì)些，也可以用-P指定某顆cpu 。
5、iostat
這個命令主要用來查看io使用情況，也可以來查看cpu，個人感覺不常用。
# iostat -c 1 2
Linux 3.18.5-x86_64-linode52 (li) 07/20/2023 _x86_64_ (1 CPU)
avg-cpu: %user %nice %system %iowait %steal %idle
4.53 0.01 3.81 0.63 0.04 90.99
avg-cpu: %user %nice %system %iowait %steal %idle
38.00 0.00 14.00 0.00 0.00 48.00
6、dstat
每秒cpu使用率情況獲取
# dstat -c
—-total-cpu-usage—-
usr sys idl wai hiq siq
最占cpu的進(jìn)程獲取
# dstat –top-cpu
-most-expensive-
cpu process
mysqld 1.5
php-fpm: pool 24
mysqld 59
參考：
《sar命令詳解》：
Linux查看cpu使用率可以使用top命令。
1、在終端輸入top命令，如下伍敬圖所示的位置即為cpu使用率。
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