Linux问题故障定位，看这一篇就够了

1. 背景

有时候会遇到一些疑难杂症，并且监控插件并不能一眼立马发现问题的根源。这时候就需要登录服务器进一步深入分析问题的根源。那么分析问题需要有一定的技术经验积累，并且有些问题涉及到的领域非常广，才能定位到问题。所以，分析问题和踩坑是非常锻炼一个人的成长和提升自我能力。如果我们有一套好的分析工具，那将是事半功倍，能够帮助大家快速定位问题，节省大家很多时间做更深入的事情。

2. 说明

本篇文章主要介绍各种问题定位的工具以及会结合案例分析问题。

3. 分析问题的方法论

套用5W2H方法，可以提出性能分析的几个问题

• What-现象是什么样的
• When-什么时候发生
• Why-为什么会发生
• Where-哪个地方发生的问题
• How much-耗费了多少资源
• How to do-怎么解决问题

4. CPU

4.1 说明

针对应用程序，我们通常关注的是内核CPU调度器功能和性能。

线程的状态分析主要是分析线程的时间用在什么地方，而线程状态的分类一般分为：

a. on-CPU：执行中，执行中的时间通常又分为用户态时间user和系统态时间sys。

b. off-CPU：等待下一轮上CPU，或者等待I/O、锁、换页等等，其状态可以细分为可执行、匿名换页、睡眠、锁、空闲等状态。

如果大量时间花在CPU上，对CPU的剖析能够迅速解释原因;如果系统时间大量处于off-cpu状态，定位问题就会费时很多。但是仍然需要清楚一些概念：

• 处理器
• 核
• 硬件线程
• CPU内存缓存
• 时钟频率
• 每指令周期数CPI和每周期指令数IPC
• CPU指令
• 使用率
• 用户时间/内核时间
• 调度器
• 运行队列
• 抢占
• 多进程
• 多线程
• 字长

4.2 分析工具

说明:

• uptime,vmstat,mpstat,top,pidstat只能查询到cpu及负载的的使用情况。
• perf可以跟着到进程内部具体函数耗时情况，并且可以指定内核函数进行统计，指哪打哪。

4.3 使用方式

//查看系统cpu使用情况 
top 
 
//查看所有cpu核信息 
mpstat -P ALL 1 
 
//查看cpu使用情况以及平均负载 
vmstat 1 
 
//进程cpu的统计信息 
pidstat -u 1 -p pid 
 
//跟踪进程内部函数级cpu使用情况 
perf top -p pid -e cpu-clock 

5. 内存

5.1 说明

内存是为提高效率而生，实际分析问题的时候，内存出现问题可能不只是影响性能，而是影响服务或者引起其他问题。同样对于内存有些概念需要清楚：

• 主存
• 虚拟内存
• 常驻内存
• 地址空间
• OOM
• 页缓存
• 缺页
• 换页
• 交换空间
• 交换
• 用户分配器libc、glibc、libmalloc和mtmalloc
• LINUX内核级SLUB分配器

5.2 分析工具

说明：

• free,vmstat,top,pidstat,pmap只能统计内存信息以及进程的内存使用情况。
• valgrind可以分析内存泄漏问题。
• dtrace动态跟踪。需要对内核函数有很深入的了解，通过D语言编写脚本完成跟踪。

5.3 使用方式

//查看系统内存使用情况 
free -m 
 
//虚拟内存统计信息 
vmstat 1 
 
//查看系统内存情况 
top 
 
//1s采集周期，获取内存的统计信息 
pidstat -p pid -r 1 
 
//查看进程的内存映像信息 
pmap -d pid 
 
//检测程序内存问题 
valgrind --tool=memcheck --leak-check=full --log-file=./log.txt  ./程序名 

6. 磁盘IO

6.1 说明

磁盘通常是计算机最慢的子系统，也是最容易出现性能瓶颈的地方，因为磁盘离 CPU 距离最远而且 CPU 访问磁盘要涉及到机械操作，比如转轴、寻轨等。访问硬盘和访问内存之间的速度差别是以数量级来计算的，就像1天和1分钟的差别一样。要监测 IO 性能，有必要了解一下基本原理和 Linux 是如何处理硬盘和内存之间的 IO 的。

在理解磁盘IO之前，同样我们需要理解一些概念，例如：

• 文件系统
• VFS
• 文件系统缓存
• 页缓存page cache
• 缓冲区高速缓存buffer cache
• 目录缓存
• inode
• inode缓存
• noop调用策略

（编辑：3v站长网）

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