Linux系统CPU跳动问题调试及优化技巧 (linux cpu jumps)

作为一个开发者，你可能会在应用程序运行时遇到CPU跳动的问题。这种问题通常会导致CPU占用率的突然增加，导致应用程序性能受到很大的影响。在本文中，我们将讨论如何调试和解决Linux系统下CPU跳动的问题，并分享一些优化技巧，以帮助你提高应用程序的性能。

一、CPU跳动问题的原因

CPU跳动的问题可能是由多种原因引起。一些常见的原因包括：

1.应用程序的内存泄漏：如果应用程序中存在内存泄漏，那么系统的虚拟内存将很快被占满，导致CPU的使用率增加，系统反应慢。

2.磁盘I/O性能问题：如果应用程序读写磁盘时出现问题，那么CPU的使用率也会随之变化。

3.应用程序代码或算法问题：如果应用程序存在性能问题，比如不必要的Loops或者不优化的算法，那么CPU使用率也会因此而增加。

4.系统配置问题：如果系统配置不合理，比如CPU过度占用或者网络问题，那么CPU跳动问题也可能出现。

在找到CPU跳动问题的原因后，我们就可以针对性的解决问题，并通过优化技巧来提高应用程序的性能。

二、解决CPU跳动问题

为了解决CPU跳动的问题，我们需要对系统进行一些调试。

1.查看系统资源占用情况

你需要通过top命令查看系统资源占用情况。在终端中键入以下命令：

top

这个命令将显示CPU和内存的使用情况。如果你发现有一个或多个进程占用大量的CPU或内存，那么这可能就是导致CPU跳动的问题所在。你需要确定进程的PID并尝试找出问题的根源。

2. 使用strace命令进行调试

使用strace命令来监视进程的系统调用，以确定哪个调用导致CPU漫游。在终端中键入以下命令：

sudo strace -c -p [进程ID]

这个命令将分析进程的系统调用并给出统计数据。你需要观察额外的磁盘I/O或网络操作等。 有时候我们会发现进程调用了一个文件但对文件的访问操作很快就结束了。这通常是因为在此之前应用程序已经打开过这个文件，因此我们需要使用lsof命令来查找问题所在，以便修复CPU跳动的问题。

3. 使用gdb调试

使用gdb调试器来定位并调试应用程序中的问题。使用gdb命令可以启动应用程序的调试会话，并在程序运行时执行断点、验证代码等操作。使用gdb可以在应用程序出现问题时对代码进行分析，并修复相关问题，从而解决CPU跳动的问题。

4. 内存检查

如果你怀疑应用程序可能存在内存泄漏，则可以使用一些内存检查工具，如valgrind，来分析应用程序的内存分配和释放情况。通过分析内存分配情况，我们可以找出哪段代码负责实现内存泄漏，并及时修复代码。

三、优化技巧

除了解决CPU跳动问题之外，我们还可以使用一些技巧来优化应用程序的性能，提高系统和应用程序的的吞吐量。

1. 避免在代码中使用Loops

在编写应用程序时，我们应该尽量避免使用不必要的Loops。循环的每一次迭代都会为程序带来额外的开销，并增加CPU的使用率。如果要在应用程序中使用循环操作，请使用性能更强的并行操作或内置函数，如“map”或“reduce”等函数。

2. 优化算法

在编写程序时，我们应该考虑使用更好的算法来减少计算时间。如果应用程序发现处理时间过长或CPU使用情况过高，则需要查看应用程序代码，并评估应用程序算法的效率。

3. 避免多线程

尽管多线程可以并行执行很多任务，但是如果使用不当，多线程也可能导致CPU使用率过高。如果你只需要执行一个简单的任务，那么单线程操作通常是更好的选择。如果要使用多线程，请优先考虑使用异步操作。

4. 数据缓存

将数据缓存到内存中可以显著提高应用程序的响应时间。缓存可以是服务器本地存储、内存数据库、Redis缓存服务器等。如果遇到需要频繁读写I/O操作的情况，缓存将显著提高整个过程的性能。

综上所述，Linux系统下CPU跳动问题的解决需要综合使用上述调试工具和优化技巧，并根据实际情况选择合适的解决方案。通过调试、分析和优化，我们可以显著提高应用程序的性能，从而提高整个系统的吞吐量并提高用户体验。

相关问题拓展阅读：

• 如何在linux系统下查看cpu使用率

如何在linux系统下查看cpu使用率

在linux的系统维护中，可能需要经常查看cpu使用率，分析系统整体的运行情况。而监控CPU的性能一般包括以下3点：运行队列、CPU使用率和上下文切换。

对于每一个CPU来说运行队列更好不要超过3，例如，如果是双核CPU就不要超过6。如果队列长期保持在3以上，说明任何一个进程运行时都不能马上得到cpu的响应，这时可能需要考虑升级cpu。另外满负荷运行cpu的使用率更好是user空间保持在65%～70%，system空间保持在30%，空闲保持在0%~5% 。

下面总结下查看CPU使用率常用碧誉锋的几个命令。

1、top

这个命令很常用，在第三行有显示CPU当前的使用情况。

# 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命令可以看到总体的系统运行状态和cpu的使用率 。

%us：表示用户空间程序的cpu使用率（悔晌没有通过nice调度）

%sy：表示系统空间的cpu使用率，主要是内核程序。

%ni：表示用户空间且通过nice调度过的程序的cpu使用率。

%id：空闲cpu

%wa：cpu运行时在等待io的时间

%hi：cpu处理硬中断的数量

%si：cpu处理软中断的数量

%st：被虚拟机偷走的cpu

2、vmstat

之前在本博客中有介绍过vmstat的使用，详细使用和参数介绍参考网址：

。

# 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命令语法和vmstat一样。命令虚蠢不存在时需要安装sysstat包，这个包很有用。

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一样，可以看到所有cpu的使用情况。如果需要查看某颗cpu的使用可以用-P参数。例如指定显示0号cpu 的使用情况。

# 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

进程队列长度和平均负载状态

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

输出项：

runq-sz：运行队列的长度（等待运行的进程数）

plist-sz：进程列表中进程（processes）和线程（threads）的数量

ldavg-1：最后1分钟的系统平均负载（System load average）

ldavg-5：过去5分钟的系统平均负载

ldavg-15：过去15分钟的系统平均负载

进程创建的平均值和上下文切换的次数

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命令也可以获取过去指定日期的性能参数。

# 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

这个命令也在sysstat包中，语法类似。

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使用情况比sar更加详细些，也可以用-P指定某颗cpu 。

5、iostat

这个命令主要用来查看io使用情况，也可以来查看cpu，个人感觉不常用。

# 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使用率情况获取

# dstat -c

—-total-cpu-usage—-

usr sys idl wai hiq siq

最占cpu的进程获取

# dstat –top-cpu

-most-expensive-

cpu process

mysqld 1.5

php-fpm: pool 24

mysqld 59

参考：

《sar命令详解》：

Linux查看cpu使用率可以使用top命令。

1、在终端输入top命令，如下伍敬图所示的位置即为cpu使用率。

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