记录一个多核CPU负载不均衡问题

polarisxu 2021-07-26

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和一位读者朋友讨论了一个问题：在一台多核 CPU 的 Web 服务器上，存在负载不均衡问题，其中 CPU0 的负载明显高于其它 CPUx，进一步调查表明 PHP-FPM 的嫌疑很大。话说以前我曾经记录过软中断导致过类似的问题，但是本例中可以排除嫌疑。

让我们在一台四核服务器上采样分析一下数据确认看看是否存在负载不均衡问题：

shell> mpstat -P ALL 1 10


CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft ... %idle
all   17.57    0.03    1.78    0.00    0.35    0.23 ... 80.04
  0   43.17    0.00    4.12    0.00    1.41    1.00 ... 50.30
  1    9.80    0.00    0.81    0.00    0.00    0.00 ... 89.39
  2    9.31    0.00    1.20    0.00    0.00    0.00 ... 89.49
  3    7.94    0.10    0.80    0.00    0.00    0.00 ... 91.16

如上命令的含义是每秒运行一次 mpstat，一共采样 10 次取平均值，可以明显看出 CPU0 的空闲 idle 明显小于其它 CPUx，而且大部分都消耗在了用户态 usr 上面。

再让我们通过 pidstat 来确认一下是不是 PHP-FPM 导致的 CPU0 负载问题：

shell> pidstat | grep php-fpm | awk '{print $(NF-1)}' | sort | uniq -c


157 0
 34 1
 34 2
 32 3

可见分配给 CPU0 的 PHP-FPM 进程比其他三个 CPUx 总和还要多。为什么大部分进程被分配给了 CPU0？我模模糊糊有一些印象是因为操作系统偏爱使用 CPU0，但我暂时也没找到实质的线索可以佐证，如果有人知道，麻烦告诉我。

问题总要解决，既然 PHP-FPM 没有类似 Nginx 那样 CPU 亲缘性（affinity）绑定的指令，那么我们可以使用 taskset 绑定 PHP-FPM 进程到固定的 CPUx 来解决问题：

#!/bin/bash


CPUs=$(grep -c processor proc/cpuinfo)
PIDs=$(ps aux | grep "php-fpm[:] pool" | awk '{print $2}')


let i=0
for PID in $PIDs; do
    CPU=$(echo "$i % $CPUs" | bc)
    let i++


    taskset -pc $CPU $PID
done

如上脚本运行后，让我们再来看看各个 CPU 负载分配情况如何：

shell> mpstat -P ALL 1 10


CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft ...  %idle
all   15.73    0.03    1.61    0.00    0.20    0.23 ...  82.20
  0   16.28    0.10    1.62    0.10    0.81    0.91 ...  80.18
  1   16.16    0.10    1.51    0.00    0.00    0.10 ...  82.13
  2   14.46    0.10    1.71    0.00    0.00    0.00 ...  83.73
  3   15.95    0.00    1.71    0.00    0.00    0.00 ...  82.35

终于平均了，不过需要提醒的是，一旦 PHP-FPM 处理的请求数超过 max_requests 的设置，那么对应的进程将自动重启，先前的 
taskset 设置也将失效，所以为了一直有效，我们需要把 taskset 脚本添加到 CRON 配置中去，例如每分钟自动设置一遍！

本文把 PHP-FPM 进程平均分配给了 0，1，2，3 四个 CPU，实际操作的时候可以更灵活一些，比如前文我们提过，操作系统总是偏爱使用 CPU0，如果 CPU0 的负载已经很高了的话，那么我们不妨把 PHP-FPM 进程平均分配给 1，2，3 三个 CPU。

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