Linux服务器解决CPU与带宽高使用率问题的专家方案

在Linux服务器运维工作中，性能问题往往以CPU使用率高和带宽使用率高两种形式呈现，严重时会直接影响系统的响应速度、可用性和用户体验。本文将深入分析这两个问题的成因，并提供详细的解决策略，帮助您有效应对高负载场景。

CPU使用率问题的全面剖析

CPU使用率高的问题通常由以下原因引起

后台进程运行过多：如僵尸进程、服务程序或Web服务器未及时停止。

应用性能问题：应用逻辑设计不合理，导致资源占用过高。

内存不足：程序在运行过程中频繁请求内存，导致CPU被占用以进行内存交换。

多线程或线程池使用不当：未合理配置线程池大小，导致资源被过度占用。

排查分析

为了诊断CPU使用率高的问题，您可以使用以下工具：

top命令：实时显示系统资源使用情况。通过命令top可以查看各个进程的资源占用，特别是CPU和内存使用情况。

vmstat命令：显示虚拟机的内存使用情况，帮助排查内存不足导致的CPU占用问题。

1. 解决CPU使用率高的第一步是登录到服务器操作系统并执行top命令，该命令能实时显示系统中各个进程的资源占用情况。通过分析top命令的输出结果，可以确定哪些进程消耗了过多的CPU资源。

top

2. 查看显示结果。

• 命令回显第一行：20:56:02 up 37 days，1 user, load average: 0.00, 0.01, 0.05的每个字段含义如下：

系统当前时间为20:56:02，该云服务器已运行37天，当前共有1个用户登录， 最近1分钟、最近5分钟和最近15分钟的CPU平均负载。

• 命令回显第三行：CPU资源总体使用情况。
• 命令回显第四行：内存资源总体使用情况。
• 回显最下方显示各进程的资源占用情况。

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如下补充说明：

• 在top页面，可以直接输入小写“q”或者在键盘上按“Ctrl+C”退出。
• 在top运行中常用的内容命令如下：

3. 通过ll /proc/PID/exe命令可以查看每个进程ID对应的程序文件。

ll /proc/PID/exe

问题处理

1. 异常进程处理：如果发现某个进程的CPU占用率异常高，可以直接通过top命令中的k选项终止该进程。

• 具体操作为在top界面中按k键，输入进程的PID，然后回车确认。进程的PID为top命令回显的第一列数值。例如，要终止PID为52的进程，直接输入“52”后回车。

• 操作成功后，会出现如下图所示类似信息，按回车确认。

2. 内存泄漏问题：如发现kswapd0进程频繁运行，说明系统可能在进行大量的页面交换操作，这通常与物理内存不足有关。

• 通过top命令查看kswapd0进程的资源使用。
• 如果kswapd0进程持续处于非睡眠状态，且运行时间较长，可以初步判定系统在持续的进行换页操作，可以将问题转向内存不足的原因来排查。

• 通过vmstat命令进一步查看系统虚拟内存的使用情况。如果si和so的值也比较高，说明系统存在频繁的换页操作，系统物理内存不足。

• si：每秒从交换区写到内存的大小，由磁盘调入内存。
• so：每秒写入交换区的内存大小，由内存调入磁盘。

• 解决这个问题的方法包括：

• 临时解决方案：在业务低峰期重启应用或系统来临时释放内存。
• 长期解决方案：
• 扩容内存：如果内存不足导致CPU占用，可以升级服务器内存或优化应用代码，使用大页内存以减少页面交换。
• 优化线程池：合理配置线程池大小，避免资源被过度占用。
• 使用虚拟机和容器化：通过虚拟化技术运行应用，提高资源利用率。

带宽使用率高问题的策略分析

对于带宽使用率高的问题，首先要区分是正常的业务需求还是非正常访问（如恶意访问）。

带宽使用率高的问题通常由以下原因引起：

业务流量激增：如在线服务用户激增、多用户同时访问导致的并发请求激增。

恶意攻击：如DDoS攻击或异常流量 injection。

网络配置问题：如防火墙设置不当、路由器负载均衡配置错误。

排查工具

使用nethogs工具可以帮助实时监测各个进程的带宽使用情况。安装nethogs后，通过简单的命令即可监控指定网络接口的流量使用情况，定位高带宽使用的进程。

为了诊断带宽使用率高的问题，您可以使用以下工具：

nethogs工具：实时监控网络接口的流量使用情况，帮助定位高带宽使用的进程。

netcat命令：执行简单的网络请求，观察带宽使用情况。

问题处理

一、正常业务导致的高带宽使用：如果是由于正常业务增长导致的带宽使用率高，应考虑升级服务器的网络带宽。

二、非正常访问导致的问题：

1. 执行以下命令，安装nethogs工具。

yum install nethogs -y

安装成功后可以通过netgos命令查看网络带宽的使用情况。

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nethogs命令常用参数说明如下：

• d：设置刷新的时间间隔，默认为 1s。
• t：开启跟踪模式。
• c：设置更新次数。
• device：设置要监测的网卡，默认是eth0。

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运行时可以输入以下参数完成相应的操作：

• q：退出nethogs工具。
• s：按发送流量大小的顺序排列进程列表。
• r：按接收流量大小的顺序排列进程列表。
• m：切换显示计量单位，切换顺序依次为KB/s、KB、B、MB。

2. 执行以下命令，查看指定的网络端口每个进程的网络带宽使用情况。

nethogs eth1

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回显参数说明如下：

• PID：进程 ID。
• USER：运行该进程的用户。
• PROGRAM：进程或连接双方的IP地址和端口，前面是服务器的IP和端口，后面是客户端的IP和端口。
• DEV：流量要去往的网络端口。
• SENT：进程每秒发送的数据量。
• RECEIVED：进程每秒接收的数据量。

4. 如果确认大量占用网络带宽的进程是恶意进程，可以使用kill PID命令终止恶意进程。
5. 针对特定IP的恶意访问，可以使用iptables对恶意IP进行屏蔽或限速。

长期优化建议

网络硬件升级：如果带宽使用率异常高，可以考虑升级网络设备，或优化网络拓扑结构，减少带宽竞争。 应用优化：如果异常流量是来自应用请求，可以考虑优化应用逻辑，减少不必要的网络请求。 使用流量控制工具：如qosd或ipsh，帮助限制高带宽流量对网络资源的占用。

应用实例

一家电子商务公司的在线商店在高峰时段出现频繁的CPU使用率高问题。通过分析top命令的输出，发现多个后台进程未及时停止。终止这些进程后，CPU使用率显著下降。

某网络安全公司发现其服务器在遭受DDoS攻击后，带宽使用率异常高。通过nethogs工具定位到攻击源IP，并使用iptables进行流量限制，成功降噪。

注意事项

避免误杀进程：在终止进程时，务必确认其为非关键进程，避免误操作导致系统不稳定。

定期监控：使用工具如top和nethogs持续监控系统资源使用情况，及时发现潜在问题。

日志分析：通过系统日志和应用程序日志，深入分析问题根源，避免遗漏重要信息。

避免升级系统过快：在进行系统升级或硬件扩容时，确保系统有足够的资源来支持升级后的负载。

总结

解决CPU和带宽使用率高的问题不是一蹴而就的，需要持续监控和及时调整。通过定期检查系统性能和使用情况，可以及时发现潜在问题并进行优化。

此外，利用工具如top和nethogs能够帮助运维人员快速定位问题源头，而合适的处理策略则能够确保系统的稳定运行。

高CPU使用率和带宽使用率是系统性能优化中的常见问题，解决这些问题需要综合的技术能力和经验积累。以下是一些拓展思考：

自动监控与告警：可以使用工具如Prometheus和Grafana，设置告警规则，自动通知异常发生。 性能测试与压力测试：通过工具如JMeter或LoadRunner，模拟高负载场景，测试系统性能。 分析工具：使用TopBOT等工具分析系统的历史性能数据，找出资源消耗瓶颈。

通过本文的详细分析和策略建议，您可以更好地应对高CPU使用率和带宽使用率的问题，提升系统的性能和稳定性。

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