Linux系统中CPU和Sys占用过高的调查与应对方案

问题概述

当Linux系统中CPU使用率（特别是系统态Sys占用）异常升高时，会导致系统响应变慢、服务延迟等问题。以下是系统的调查方法和解决方案。

调查步骤

1. 初步诊断工具

# 查看整体CPU使用情况
top

# 按CPU使用率排序
top -o %CPU

# 更详细的系统监控
htop

# 查看每个CPU核心的使用情况
mpstat -P ALL 1

# 查看系统整体负载
uptime

2. 识别高CPU进程

# 使用ps命令查看CPU占用高的进程
ps -eo pid,ppid,cmd,%mem,%cpu --sort=-%cpu | head

# 使用perf工具进行性能分析
perf top

3. 分析系统调用

# 查看系统调用统计
dstat -c --top-cpu --top-bio --top-latency

# 使用strace跟踪特定进程
strace -p <PID> -c

4. 检查中断和上下文切换

# 查看中断统计
cat /proc/interrupts

# 查看上下文切换情况
vmstat 1

常见原因及解决方案

1. 用户空间进程占用高

表现：%user高，%sys正常

解决方案： - 优化应用程序代码 - 检查是否有死循环或资源泄漏 - 考虑使用性能分析工具如gprof、perf

2. 系统调用频繁

表现：%sys高，系统调用次数多

解决方案： - 减少不必要的系统调用 - 使用批量处理代替频繁的小操作 - 检查文件I/O操作是否合理

3. 中断处理占用高

表现：%soft高，网络/磁盘活动频繁

解决方案： - 检查网络配置（如网卡中断均衡） - 考虑使用RPS/RFS优化网络处理 - 升级驱动或内核

4. 锁竞争

表现：%sys高，上下文切换频繁

解决方案： - 使用perf或lockstat分析锁竞争 - 优化锁的使用策略 - 考虑使用无锁数据结构

5. 内存压力导致

表现：%sys高，swap使用增加

解决方案： - 增加系统内存 - 优化应用程序内存使用 - 调整swappiness参数

高级诊断工具

# 使用perf进行详细分析
perf record -g -p <PID>
perf report

# 使用systemtap进行内核级分析
stap -e 'probe kernel.function("*") { println(pp()) }'

# 使用bpftrace进行动态追踪
bpftrace -e 'tracepoint:syscalls:sys_enter_* { @[probe] = count(); }'

预防措施

1. 设置合理的监控告警
2. 定期进行性能测试和瓶颈分析
3. 保持系统和应用程序更新
4. 建立性能基准，便于比较
5. 实施容量规划

通过以上方法，可以系统地调查和解决Linux系统中CPU和Sys占用过高的问题。