MySQL·專家投稿·MySQL資料庫SYSCPU高的可能性分析
問題背景
我們在管理繁忙的 MySQL 資料庫時,可能都有碰到 SYS CPU 高的經歷:系統突然 SYS CPU 高起來,甚至比 USER CPU 高很多,這時系統 QPS、TPS 急劇下降。
SYS CPU高是什麼造成的呢?主要有2種可能:
1. context switch 不高,但在核心態 spin,導致 SYS CPU 高
2. context switch 高,每秒超過 200K,有時超過1M,過多 context switch 導致 SYS CPU 高
下面我們對這兩種情況逐一分析。
context switch 不高,但在核心態 spin
MySQL 在核心態 spin,說明需要系統資源,當這個資源緊張不足時,就會在核心態 spin。
有些資源,使用者程式(或執行緒)通過執行系統調或因中斷進入核心,一般來說申請這些資源的執行時間很短,當出現資源爭用時,如果採用 sleep 再喚醒機制,代價較大,因此多采用在核心態spin的策略。
例如申請記憶體或發生缺頁中斷,沒有 free 記憶體可用時,程式或執行緒就可能在核心態先執行記憶體回收再執行記憶體分配,但系統記憶體是共享資源,分配回收時需要鎖保護,當多個程式(或執行緒)同時回收分配記憶體時。就會在核心態 spin。
當 free 記憶體不足時,可能出現這種情況。典型症狀:
- MySQL running 高,但系統 qps、tps 下降
- 系統 free 記憶體不足;或系統 free 記憶體充足時,但啟用了 numa 記憶體分配策略,有的節點 free 記憶體很少
- 系統 context switch 不高
- MySQL InnoDB 的 mutex、RWlock 查不到等待資訊
- sar -B 顯示有 pgscand 產生
分析
當系統記憶體不足時,MySQL 突然有大量訪問,緊急需要大量記憶體,kswapd 在短時間內回收不了足夠多的 free 記憶體,或 kswapd 還沒有觸發執行,這時 MySQL 使用者執行緒就會在核心態執行記憶體回收操作,從而出現以上症狀。
sar -B 輸出中,pgscank 是表示核心執行緒 kswapd 回收記憶體,k意思是 kernel;pgscand是表示使用者程式或執行緒直接回收記憶體,d意思是direct。
解決辦法:保證系統有充足 free 記憶體可用,NUMA 環境要求每個節點都有足夠free記憶體可用。
由於 Linux 系統會盡量使用 free 記憶體,一個執行很久的 Linux 系統,free記憶體通常很少,存在大量 filecache 記憶體,但 Linux 沒有直接提供控制 filecache 佔用多少的引數,那怎麼能夠保留足夠可用的 free 記憶體,以應對突然記憶體需求呢?
對此,Linux 2.3.32+ 核心中增加一個新的引數vm.extra_free_kbytes
,就是控制free記憶體的。
關於系統free記憶體,有2個重要引數:vm.min_free_kbytes
和 vm.extra_free_kbytes
(2.6.32+)
vm.min_free_kbytes
:系統保留給核心用的記憶體。
這個值決定 /proc/zoneinfo
中 zone 的min值。當系統 free 記憶體小於這個值時,kswapd 會回收記憶體,直到free記憶體達到/proc/zoneinfo
中 high 值才停止回收;
當使用者程式或執行緒分配記憶體或發生缺頁中斷時,free 記憶體少於 vm.min_free_kbytes
,會在使用者執行緒上下文中直接進行回收記憶體(pgscand)和分配記憶體。
vm.extra_free_kbytes
:系統保留給應用的free記憶體。
這個值決定了/proc/zoneinfo
中Normal zone的low值。當系統free記憶體小於vm.min_free_kbytes + vm.extra_free_kbytes
時,kswapd會開始回收記憶體,直到free記憶體達到 /proc/zoneinfo
中high值才停止回收。
這個額外的vm.extra_free_kbytes
就是給應用突發記憶體需求時使用的,避免急需記憶體時發生pgscand或kswapd回收記憶體不及時。
vm.extra_free_kbytes
分配多大合適呢?一般能應對流量高峰時1-2秒記憶體需求就可以了。free記憶體減少後,kswapd程式會在後臺回收記憶體的,一般512M-2G可以滿足要求。
context switch 高
有很多種情況都會導致 context switch。MySQL 中的 mutex 和 RWlock 在獲取不成功後,短暫spin,還不成功,就會發生 context switch,sleep,等待喚醒。
在 MySQL中,mutex 和 RWlock導致的 context switch,一般在show global status
,show engine innodb mutex
,show engine innodb status
,performance_schema
等中會體現出來,針對不同的mutex和RWlock等待,可以採取不同的優化措施。
除了MySQL的mutex和RWlock,還發現一種情況,是MySQL外的mutex競爭導致context switch高。
典型症狀:
- MySQL running 高,但系統 qps、tps 低
- 系統context switch很高,每秒超過200K
- 在 MySQL 記憶體查不到mutex和RWlock競爭資訊
- SYS CPU 高,USER CPU 低
- 併發執行的SQL中出現timestamp欄位,MySQL的time_zone設定為system
分析
對於使用 timestamp 的場景,MySQL 在訪問 timestamp 欄位時會做時區轉換,當 time_zone 設定為 system 時,MySQL 訪問每一行的 timestamp 欄位時,都會通過 libc 的時區函式,獲取 Linux 設定的時區,在這個函式中會持有mutex,當大量併發SQL需要訪問 timestamp 欄位時,會出現 mutex 競爭。
MySQL 訪問每一行都會做這個時區轉換,轉換完後釋放mutex,所有等待這個 mutex 的執行緒全部喚醒,結果又會只有一個執行緒會成功持有 mutex,其餘又會再次sleep,這樣就會導致 context switch 非常高但 qps 很低,系統吞吐量急劇下降。
解決辦法:設定time_zone=’+8:00’,這樣就不會訪問 Linux 系統時區,直接轉換,避免了mutex問題。
另外,對於spin消耗,MySQL配置變數中的innodb_spin_wait_delay
和 innodb_sync_spin_loops
可以用於微調。
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