负载问题分析
好的！下面是围绕你关注的系统 CPU 各类负载指标（%soft、%si、%iowait、%sys、%user）分析溯源的完整专业方案，涵盖原理、分析思路、详细工具与步骤，以及如何从统计和跟踪（trace/perf/ftrace）中真正定位“根因”。
一、前提说明
-
你的目标是：不仅看表面数据（比如 top 的%sys/%si等），而且能溯源到具体内核函数、驱动代码、用户态系统调用路径或设备行为，做到“看见根因”
-
你无法使用 eBPF 工具，但可用
perf、ftrace、strace、iotop、iostat等传统工具 -
你需要结合统计分析（计数、采样）和调用栈追踪（perf record/report、trace-cmd），全方位定位问题
二、五类负载详细定位与溯源方案
1. 软中断负载高 %soft
原因：主要是网络协议栈收包处理（NET_RX）、tasklet、底半部等软中断激增
定位流程：
-
观察软中断统计
watch -n 1 cat /proc/softirqs
关注 NET_RX、TASKLET 的计数变化，确定软中断主要类型。
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确认软中断执行线程
top -H -p $(pgrep -d, ksoftirqd)
确认哪个 CPU 核的 ksoftirqd 占用高。
-
采样内核调用栈
sudo perf record -a -g -F 99 -- sleep 10
sudo perf report
分析调用图，重点关注：
-
net_rx_action -
napi_poll -
具体网卡驱动的
*_poll函数 -
tasklet_action
确定具体驱动或内核协议栈代码“烧 CPU”的位置。
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关联硬件中断
查看 /proc/interrupts 确认软中断对应的硬中断号和设备，辅助定位是否硬件异常。
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排查原因
-
流量异常（大量小包/攻击）导致软中断过载
-
驱动或硬件故障导致软中断频繁触发
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软中断调度不均衡（RPS/RFS 配置问题）
2. 硬中断负载高 %si
原因：设备硬中断频繁（网卡、磁盘、USB等）
定位流程：
-
监控中断计数
watch -n 1 cat /proc/interrupts
看哪些设备中断号计数飙升，锁定设备。
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查看中断 CPU 亲和
cat /proc/irq/<IRQ号>/smp_affinity_list
避免中断集中导致核负载。
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采样内核中断处理函数
sudo perf record -a -g -F 99 -- sleep 10
sudo perf report
关注中断处理函数：
-
irq_handler -
设备驱动中断函数（如
mlx5e_intr、nvme_irq_handler）
-
检查硬件及驱动日志
查看 dmesg、设备驱动日志确认是否硬件异常。
3. iowait 负载高 %iowait
原因：CPU 等待磁盘 I/O 完成，或者内存压力导致频繁交换
定位流程：
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磁盘 I/O 监控
iostat -xz 1 5
关注磁盘 %util 是否饱和、await 是否高。
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内存与 swap 监控
free -m
vmstat 1 5
关注内存剩余、swap 使用和 swap 进出频率（vmstat 中 si、so）
-
实时磁盘 I/O 监控
iotop -ao
定位发起大量磁盘 I/O 的进程。
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用 perf 跟踪阻塞的磁盘相关 syscall
sudo perf record -e syscalls:sys_enter_read,syscalls:sys_enter_write,syscalls:sys_enter_pread64,syscalls:sys_enter_pwrite64 -a -g -- sleep 10
sudo perf report
定位系统调用和调用栈热点。
-
用 ftrace 跟踪块设备请求延迟
sudo trace-cmd record -e block_rq_issue -e block_rq_complete -- sleep 10
sudo trace-cmd report
识别磁盘请求延迟，确认磁盘性能瓶颈。
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内存压力分析
-
top -H查看是否kswapd占用 CPU -
如果频繁 swap，说明内存压力间接导致 iowait
4. %sys 负载高
原因：大量系统调用或内核态执行（文件、网络、调度等）
定位流程：
-
找高 CPU 进程
ps -eo pid,comm,%cpu --sort=-%cpu | head
-
用 strace 统计 syscall
strace -c -p <pid> -t 10
分析耗时最多 syscall。
-
perf 采样内核调用栈
sudo perf top -g
sudo perf record -a -g -- sleep 10
sudo perf report
定位内核函数热点（例如 do_sys_open, vfs_read, ip_rcv 等）
5. %user 负载高
原因：用户态程序计算密集、算法瓶颈、死循环等
定位流程：
-
查最耗 CPU 的线程
top -H
-
perf 采样用户态调用栈
sudo perf record -p <pid> -g -- sleep 10
sudo perf report
找到函数热点，结合业务代码分析。
三、关键点总结
| 负载类型 | 定位重点 | 工具 | 溯源关键点 |
|---|---|---|---|
%soft |
软中断类型及软中断执行代码 | /proc/softirqs，top -H ksoftirqd，perf record/report |
网卡驱动软中断处理路径 |
%si |
触发硬中断的设备 | /proc/interrupts，perf record/report |
设备中断号及驱动中断处理路径 |
%iowait |
磁盘性能或内存换页压力 | iostat、vmstat、iotop、trace-cmd、perf |
磁盘 I/O 延迟或内存 swap 触发的阻塞 syscall |
%sys |
频繁系统调用、内核执行热点 | strace、perf top、perf report |
内核系统调用路径和耗时函数 |
%user |
用户态 CPU 消耗 | top -H、perf record |
用户态热点函数 |
四、实用示例脚本（软中断）
#!/bin/bash
echo "=== Softirq counts ==="
cat /proc/softirqs
echo "=== Interrupt counts ==="
head -20 /proc/interrupts
echo "=== High CPU ksoftirqd threads ==="
top -b -n 1 -H -p $(pgrep -d, ksoftirqd)
echo "=== Perf sample 10s (softirq) ==="
sudo perf record -a -g -F 99 -- sleep 10
sudo perf report --stdio | head -40
五、结语
-
只有结合系统级统计数据 + 调用栈采样 + 跟踪事件，才能完整溯源到“CPU负载背后的根因代码和设备”
-
你可以按以上流程针对不同负载类型拆解问题，也可以把关键采样结果贴给我，我帮你深度分析根因
-
如果需要，我能帮你写一键采集+初步分析脚本，快速定位问题
需要我帮你定制脚本或解读采样数据吗？
# 判断内存不足还是磁盘问题的方法 要判断系统问题是内存不足还是磁盘问题，可以通过以下方法进行诊断和溯源： ## 内存不足的判断方法 1. **查看内存使用情况**： ```bash free -h top htop vmstat 1 ``` 2. **内存不足的典型症状**： - 系统开始使用大量交换空间（swap） - `dmesg` 或 `/var/log/messages` 中出现 OOM (Out Of Memory) 错误 - 应用程序崩溃或报内存不足错误 - 系统响应变慢，特别是当交换空间被大量使用时 3. **检查OOM killer日志**： ```bash dmesg | grep -i oom journalctl -k | grep -i oom ``` ## 磁盘问题的判断方法 1. **查看磁盘空间**： ```bash df -h du -sh /path/to/directory ``` 2. **检查磁盘I/O性能**： ```bash iostat -x 1 iotop dstat ``` 3. **磁盘问题的典型症状**： - 磁盘空间接近100% - I/O等待高（`wa`值高，可通过`top`查看） - 系统日志中出现磁盘错误（`dmesg | grep -i error`） - 文件系统变为只读模式 ## 综合溯源方法 1. **系统监控工具**： ```bash sar -r 1 # 内存使用情况 sar -b 1 # I/O统计 sar -q 1 # 负载队列 ``` 2. **检查系统日志**： ```bash dmesg journalctl -xe cat /var/log/syslog cat /var/log/messages ``` 3. **进程级分析**： ```bash ps aux --sort=-%mem | head # 内存占用高的进程 ps aux --sort=-%cpu | head # CPU占用高的进程 lsof /path/to/disk # 查看哪些进程在使用特定磁盘 ``` 4. **长期监控**： - 使用`nmon`、`glances`等综合监控工具 - 设置`prometheus`+`grafana`进行长期监控 ## 快速判断流程 1. 先运行`free -h`查看内存和swap使用情况 2. 运行`df -h`查看磁盘空间 3. 运行`top`查看`wa`(I/O等待)值和内存使用情况 4. 检查`dmesg`输出是否有相关错误 通过以上方法，你应该能够判断问题是内存不足还是磁盘问题，并找到具体的根源进程或服务。
您说得对，我之前的回答确实没有针对"iowat"这一特定问题进行分析。让我重新针对iowait问题进行专业解答：
如何判断高iowait是内存不足还是磁盘问题：
1. iowait的本质含义：
- iowait表示CPU等待I/O完成的时间百分比
- 高iowait可能由两种根本原因导致：
a) 真实磁盘性能瓶颈（物理磁盘问题）
b) 内存不足导致的过度交换（swap）
2. 精准诊断方法：
【内存不足导致的iowait特征】
- 同时出现以下现象：
`free -h`显示可用内存接近0
`vmstat 1`的si/so列显示持续交换活动
`sar -B`显示较高的pgscank/pgscand值
`top`中多个进程的VIRT远大于RES
【真实磁盘问题的iowait特征】
- 典型表现：
`iostat -x 1`显示util接近100%，await明显升高
`dmesg`显示磁盘错误或重试日志
`smartctl -a /dev/sdX`显示SMART错误
不同进程的IO负载都出现延迟
3. 高级溯源工具：
- perf工具追踪：
`perf top -e block:block_rq_issue`
`perf trace -p <PID> -e block:*`
- BPF工具：
`biosnoop`追踪每个IO请求
`biolatency`统计IO延迟分布
4. 结论判断流程：
if (内存不足指标 && 交换活动) {
根本原因是内存不足
} else if (磁盘延迟指标 && 硬件错误) {
根本原因是磁盘故障
} else {
可能是正常业务IO负载或配置问题
}
需要更具体的诊断数据时，可以提供：
- `iostat -xmt 1`的输出
- `vmstat 1`的输出
- `free -h`的输出
- 出现问题时`top`的前20行
# 深入诊断高 I/O Wait：内存与磁盘问题的溯源方法 高 I/O Wait (iowait) 可能是由内存不足或磁盘问题引起的，以下是专业的诊断方法和溯源流程： ## 核心诊断指标 ### 1. 内存相关指标 - **缺页异常**： ```bash sar -B 1 # 查看pgpgin/s pgpgout/s fault/s vmstat -s | grep -i fault ``` *高缺页率(特别是major fault)表明内存不足* - **Swap使用**： ```bash free -h vmstat 1 # 查看si/so列 sar -S 1 # swap使用率 ``` - **Buffer/Cache**： ```bash watch -n 1 "cat /proc/meminfo | grep -E 'Buffers|Cached|Dirty'" ``` *Dirty数据过多(>10%内存)会导致集中刷盘* ### 2. 磁盘相关指标 - **I/O负载**： ```bash iostat -xmt 1 # 关键指标：%util, await, svctm iotop -oPa ``` - **Block层状态**： ```bash cat /proc/v
# 高 I/O Wait (iowait) 问题溯源方法论
当 `top` 显示高 iowait 时，需要系统性地追踪问题根源。以下是专业的诊断流程和方法：
## 1. 快速判断问题类型
### 内存不足的特征：
- **Swap 活动频繁** (`vmstat 1` 的 `si/so` 列)
- **大量缺页中断** (`sar -B 1` 的 `majflt/s`)
- **Dirty 页堆积** (`grep -E 'Dirty|Writeback' /proc/meminfo`)
- **kswapd 高 CPU** (`top` 中 kswapd 进程)
### 磁盘问题的特征：
- **高 I/O 等待时间** (`iostat -x` 的 `await` > 10ms)
- **设备利用率 100%** (`iostat` 的 `%util`)
- **I/O 队列堆积** (`iostat` 的 `avgqu-sz`)
- **磁盘错误日志** (`dmesg | grep -i error`)
## 2. 详细溯源工具链
### 内存压力分析：
```bash
# 1. 内存使用概况
watch -n 1 "free -h; grep -E 'Dirty|Writeback' /proc/meminfo"
# 2. 缺页中断统计
sar -B 1 # 关注 majflt/s (主缺页)
# 3. 交换活动监控
vmstat 1 # 关注 si/so 列
sar -S 1 # swap 使用率
# 4. 内存回收压力
cat /proc/vmstat | grep -E 'pgscan|pressure'
```
### 磁盘 I/O 分析：
```bash
# 1. I/O 负载分布
iostat -xmt 1 # 关键指标: %util, await, svctm
# 2. 进程级 I/O
iotop -oPa
# 3. Block 层追踪
cat /proc/diskstats
blktrace -d /dev/sda -o - | blkparse -i -
```
## 3. 高级追踪技术
### 使用 perf 追踪缺页：
```bash
perf record -e page-faults -ag
perf report
```
### 使用 BPF 工具：
```bash
# 1. 追踪 kswapd
funclatency -d 10 -u kswapd*
# 2. I/O 延迟分布
biolatency 5 1
# 3. 详细 I/O 请求
biosnoop
```
## 4. 问题定位决策树
```
高 iowait
├─ 内存指标异常 → 内存不足问题
│ ├─ 高 majflt → 增加物理内存
│ ├─ 高 swap → 优化内存使用或扩容
│ └─ kswapd 高 → 调整 vm.swappiness
│
└─ 磁盘指标异常 → 磁盘问题
├─ 高 await → 检查磁盘健康/RAID
├─ 高 util → 优化 I/O 调度/升级磁盘
└─ 队列堆积 → 分散 I/O 负载
```
## 5. 关键配置文件检查
```bash
# 内存相关参数
sysctl -a | grep -E 'vm.swappiness|vm.dirty_'
# I/O 调度器
cat /sys/block/sdX/queue/scheduler
```
通过以上方法，可以准确区分 iowait 是由内存压力还是磁盘瓶颈引起，并找到具体的性能问题根源。
# 深度溯源高WA负载：内存与I/O问题的精准诊断
要准确区分高WA负载是由内存问题还是I/O问题引起，并溯源相关系统调用，需要采用系统级的观测方法。以下是专业级的诊断方案：
## 1. 核心诊断矩阵
| 特征指标 | 内存问题 | 纯I/O问题 |
|----------------|--------------------------|---------------------------|
| **vmstat 1** | si/so持续交换 | bi/bo高但无交换 |
| **iostat -x** | %util不高但await波动大 | %util接近100% |
| **sar -B** | majflt/s > 100 | majflt/s正常 |
| **/proc/meminfo** | Dirty > 10%内存 | Dirty正常但写入量大 |
| **进程特征** | 多进程VIRT>>RSS | 特定进程大量读写操作 |
## 2. 系统调用级溯源
### 使用strace追踪I/O系统调用：
```bash
# 追踪高WA进程的系统调用
strace -tt -T -f -p <PID> -e trace=file,desc 2>&1 | grep -E 'read|write|open|sync'
# 关键指标解读：
# - open()耗时 → 文件系统元数据问题
# - read/write阻塞 → 实际设备I/O瓶颈
# - fsync()耗时 → 刷盘性能问题
```
### 使用perf追踪阻塞点：
```bash
# 1. 追踪调度延迟
perf record -e sched:sched_stat_blocked -a -g -- sleep 10
# 2. 追踪I/O等待
perf record -e block:block_rq_insert,block:block_rq_issue -a -g -- sleep 5
# 生成火焰图
perf script | stackcollapse-perf.pl | flamegraph.pl > wa_flame.svg
```
## 3. 内核态深度追踪
### 使用BPF/bcc工具链：
```bash
# 1. 追踪缺页中断
funccount -i 1 'handle_mm_fault'
# 2. 追踪块层延迟
biolatency -m 10
# 3. 追踪内存回收
argdist -H 'vmscan:mm_vmscan_kswapd_wake():u32:nr_pages'
# 4. 完整I/O栈追踪
bitesize -d 10
```
## 4. 关键/proc指标解析
```bash
# 1. 缺页统计
watch -n 1 "grep -E 'pgfault|pgmajfault' /proc/vmstat"
# 2. 脏页状态
watch -n 1 "cat /proc/sys/vm/dirty_* /proc/meminfo | grep -i dirty"
# 3. 每个进程的缺页统计
for pid in $(pgrep -d','); do
echo -n "$pid ";
awk 'BEGIN {rss=0; faults=0}
/Rss/ {rss+=$2}
/minor/ {faults+=$2}
END {print rss" KB", faults" minor faults"}' /proc/$pid/stat /proc/$pid/statm;
done | sort -k4 -nr | head
```
## 5. 诊断决策流程
1. **初始判断**：
```bash
awk '{if($8 > 10 && $12 > 1) print "MEM"; else if($8 > 10) print "IO"}' <(vmstat 1 2 | tail -1)
```
2. **内存问题确认**：
```bash
[ $(grep -c kswapd /proc/vmstat) -gt 1000 ] && echo "内存压力"
```
3. **I/O问题确认**：
```bash
[ $(iostat -d -x 1 2 | awk 'NR>3 && $14>90 {print 1}' | wc -l) -gt 0 ] && echo "磁盘瓶颈"
```
## 6. 高级案例：混合问题诊断
当内存和I/O问题同时存在时：
```bash
# 1. 建立关联指标
paste <(vmstat -s) <(iostat -d -x 1 1) | column -t
# 2. 使用systemtap深度追踪
stap -e 'probe vfs.read.return {
if(gettimeofday_us() - @entry(gettimeofday_us()) > 1000)
printf("%d %s %d\n", pid(), execname(), $return)
}'
```
通过以上方法，可以：
1. 精确区分内存和I/O导致的高WA
2. 定位到具体的问题进程
3. 溯源到内核级的阻塞调用链
4. 获取量化的问题严重程度指标
最终需要结合业务场景（如数据库、文件服务等）分析根本原因，常见的如：
- 内存不足 → 调整swappiness或扩容
- 磁盘瓶颈 → 优化RAID或升级SSD
- 配置问题 → 调整dirty_ratio或io调度器
# 高WA负载的On-CPU与Off-CPU深度分析
要彻底诊断高WA(iowait)问题，必须从CPU调度角度进行分析。以下是基于on-cpu和off-cpu分析的完整方法论：
## 1. On-CPU与Off-CPU分析框架
### 关键概念区分：
- **On-CPU时间**：进程正在CPU上执行代码的时间
- **Off-CPU时间**：进程被阻塞等待的时间（包括I/O、锁等）
- **WA时间**：属于Off-CPU时间中等待I/O完成的部分
## 2. 精准诊断工具链
### （1）Off-CPU火焰图分析
```bash
# 采集数据（需root）
perf record -e sched:sched_stat_sleep -e sched:sched_switch -e sched:sched_process_exit -g -a sleep 10
# 生成Off-CPU火焰图
perf script | stackcollapse-perf.pl | flamegraph.pl --color=io --title="Off-CPU Time Flame Graph" > offcpu.svg
```
### （2）On-CPU与Off-CPU对比分析
```bash
# 同时采集On和Off CPU数据
perf record -e cpu-clock -e sched:sched_stat_sleep -e sched:sched_stat_blocked -e sched:sched_stat_iowait -g -a sleep 10
# 分别生成两种火焰图
perf script | awk '{ if($5 ~ /cpu-clock/) print }' | stackcollapse-perf.pl | flamegraph.pl > oncpu.svg
perf script | awk '{ if($5 ~ /sched_stat_blocked/) print }' | stackcollapse-perp.pl | flamegraph.pl > offcpu.svg
```
## 3. 调度延迟分析
### （1）使用bpftrace精确测量
```bash
bpftrace -e '
tracepoint:sched:sched_stat_iowait {
@[comm] = count();
@ns[comm] = sum(args->delay);
}
interval:s:5 {
print(@);
clear(@);
print(@ns);
clear(@ns);
}'
```
### （2）调度器状态追踪
```bash
perf probe --add 'finish_task_switch'
perf record -e probe:finish_task_switch -a -g -- sleep 10
```
## 4. 进程状态分解
### （1）进程状态时间分布
```bash
# 使用procstat分析
for pid in $(pgrep -d' ' -f "你的进程名"); do
procstat -k $pid | awk '/state/ {print $3}' | sort | uniq -c
done
```
### （2）D状态(不可中断睡眠)分析
```bash
watch -n 1 "ps -eo stat,pid,cmd | grep '^D'"
```
## 5. 高级诊断组合拳
### 综合诊断脚本
```bash
#!/bin/bash
# 1. 系统负载快照
uptime; mpstat -P ALL 1 1; vmstat 1 3
# 2. Off-CPU采样
perf record -e sched:sched_stat_blocked -a -g -- sleep 5
# 3. I/O等待关联分析
bcc/tools/offcputime -K -p $(pgrep -d, -f "目标进程") 5
# 4. 内核栈追踪
perf record -e block:block_rq_insert -e block:block_rq_issue -a -g -- sleep 5
```
## 6. 关键结论判断
### 内存问题特征：
- Off-CPU火焰图中大量`__alloc_pages`、`swap_readpage`等调用
- 进程状态频繁出现D状态且与kswapd相关
- perf报告中`handle_mm_fault`占比高
### 纯I/O问题特征：
- Off-CPU火焰图中显示`blk_mq_get_request`、`scsi_queue_rq`等设备驱动调用
- 进程状态D状态与具体I/O操作相关
- bpftrace显示特定设备延迟高
## 7. 实时监控方案
```bash
# 综合监控面板
glances --disable-plugin network,diskio,fs # 专注CPU/内存/IOWait
```
通过这种On/Off CPU分析方法，可以：
1. 精确量化WA时间的组成
2. 区分内核态和用户态的阻塞原因
3. 定位到具体的设备驱动或文件系统瓶颈
4. 区分内存回收和真实I/O导致的等待
浙公网安备 33010602011771号