grafana展示的CPU利用率与实际不符的问题探究
问题描述
最近看了一个虚机的CPU使用情况,使用mpstat -P ALL命令查看系统的CPU情况(该系统只有一个CPU core),发现该CPU的%usr长期维持在70%左右,且%sys也长期维持在20%左右:
03:56:29 AM CPU %usr %nice %sys %iowait %irq %soft %steal %guest %gnice %idle
03:56:34 AM all 67.11 0.00 24.83 0.00 0.00 8.05 0.00 0.00 0.00 0.00
03:56:34 AM 0 67.11 0.00 24.83 0.00 0.00 8.05 0.00 0.00 0.00 0.00
mpstat命令展示的CPU结果和top命令一致
但通过Grafana查看发现该机器的%usr和%sys均低于实际情况。如下图棕色曲线为usr,蓝色曲线为sys:

Grafana 的表达式如下:
avg by (mode, instance) (irate(node_cpu_seconds_total{instance=~"$instance", mode=~"user|system|iowait"}[$__rate_interval]))
问题解决
尝试解决
一开始怀疑是node-exporter版本问题,但查看node-exporter的release notes并没有相关bug,在切换为最新版本之后,问题也没有解决。
调研node-exporter运作方式
大部分与系统相关的prometheus指标都是直接从系统指标文件中读取并转换过来的。node-exporter中与CPU相关的指标就读取自/proc/stat,其中与CPU相关的内容就是下面的前两行,每行十列数据,分别表示User、Nice、System、Idle、Iowait、IRQ SoftIRQ、Steal、 Guest 、GuestNice
# cat /proc/stat
cpu 18651720 282843 9512262 493780943 10294540 0 2239778 0 0 0
cpu0 18651720 282843 9512262 493780943 10294540 0 2239778 0 0 0
intr 227141952 99160476 9 0 0 2772 0 0 0 0 0 0 0 157 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
ctxt 4027171429
btime 1671775036
processes 14260129
procs_running 5
procs_blocked 0
softirq 1727699538 0 816653671 1 233469155 45823320 0 52888978 0 0 578864413
node-exporter并没有做什么运算,它只是将这十列数据除以userHZ(100),打上mode标签之后转换为prometheus格式的指标:
node_cpu_seconds_total{cpu="0", instance="redis:9100", mode="user"} 244328.77
mpstat命令的计算方式
那mpstat是如何计算不同mode的CPU利用率呢?
在mpstat的源代码中可以看到,mode为User的计算方式如下,涉及三个参数:
scc: 当前采样到的CPU信息,对应/proc/stat中的CPU信息scp: 上一次采样到的CPU信息,对应/proc/stat中的CPU信息deltot_jiffies: 两次CPU采样之间的jiffies(下面介绍什么是jiffies)
ll_sp_value(scp->cpu_user - scp->cpu_guest,
scc->cpu_user - scc->cpu_guest, deltot_jiffies)
ll_sp_value函数的定义如下,它使用了宏定义SP_VALUE:
/*
***************************************************************************
* Workaround for CPU counters read from /proc/stat: Dyn-tick kernels
* have a race issue that can make those counters go backward.
***************************************************************************
*/
double ll_sp_value(unsigned long long value1, unsigned long long value2,
unsigned long long itv)
{
if (value2 < value1)
return (double) 0;
else
return SP_VALUE(value1, value2, itv);
}
SP_VALUE的定义如下:
/* With S_VALUE macro, the interval of time (@p) is given in 1/100th of a second */
#define S_VALUE(m,n,p) (((double) ((n) - (m))) / (p) * 100)
/* Define SP_VALUE() to normalize to % */
#define SP_VALUE(m,n,p) (((double) ((n) - (m))) / (p) * 100)
/*
根据SP_VALUE定义可以看到两次CPU采样获取到的mode为User的CPU占用率计算方式为:(((double) ((scp->cpu_user - scp->cpu_guest) - (scp->cpu_user - scp->cpu_guest))) / (deltot_jiffies) * 100)
下面函数用于计算deltot_jiffies,可以看到jiffies其实就是/proc/stat中的CPU数值单位:
/*
***************************************************************************
* Since ticks may vary slightly from CPU to CPU, we'll want
* to recalculate itv based on this CPU's tick count, rather
* than that reported by the "cpu" line. Otherwise we
* occasionally end up with slightly skewed figures, with
* the skew being greater as the time interval grows shorter.
*
* IN:
* @scc Current sample statistics for current CPU.
* @scp Previous sample statistics for current CPU.
*
* RETURNS:
* Interval of time based on current CPU, expressed in jiffies.
*
* USED BY:
* sar, sadf, mpstat
***************************************************************************
*/
unsigned long long get_per_cpu_interval(struct stats_cpu *scc,
struct stats_cpu *scp)
{
unsigned long long ishift = 0LL;
if ((scc->cpu_user - scc->cpu_guest) < (scp->cpu_user - scp->cpu_guest)) {
/*
* Sometimes the nr of jiffies spent in guest mode given by the guest
* counter in /proc/stat is slightly higher than that included in
* the user counter. Update the interval value accordingly.
*/
ishift += (scp->cpu_user - scp->cpu_guest) -
(scc->cpu_user - scc->cpu_guest);
}
if ((scc->cpu_nice - scc->cpu_guest_nice) < (scp->cpu_nice - scp->cpu_guest_nice)) {
/*
* Idem for nr of jiffies spent in guest_nice mode.
*/
ishift += (scp->cpu_nice - scp->cpu_guest_nice) -
(scc->cpu_nice - scc->cpu_guest_nice);
}
/*
* Workaround for CPU coming back online: With recent kernels
* some fields (user, nice, system) restart from their previous value,
* whereas others (idle, iowait) restart from zero.
* For the latter we need to set their previous value to zero to
* avoid getting an interval value < 0.
* (I don't know how the other fields like hardirq, steal... behave).
* Don't assume the CPU has come back from offline state if previous
* value was greater than ULLONG_MAX - 0x7ffff (the counter probably
* overflew).
*/
if ((scc->cpu_iowait < scp->cpu_iowait) && (scp->cpu_iowait < (ULLONG_MAX - 0x7ffff))) {
/*
* The iowait value reported by the kernel can also decrement as
* a result of inaccurate iowait tracking. Waiting on IO can be
* first accounted as iowait but then instead as idle.
* Therefore if the idle value during the same period did not
* decrease then consider this is a problem with the iowait
* reporting and correct the previous value according to the new
* reading. Otherwise, treat this as CPU coming back online.
*/
if ((scc->cpu_idle > scp->cpu_idle) || (scp->cpu_idle >= (ULLONG_MAX - 0x7ffff))) {
scp->cpu_iowait = scc->cpu_iowait;
}
else {
scp->cpu_iowait = 0;
}
}
if ((scc->cpu_idle < scp->cpu_idle) && (scp->cpu_idle < (ULLONG_MAX - 0x7ffff))) {
scp->cpu_idle = 0;
}
/*
* Don't take cpu_guest and cpu_guest_nice into account
* because cpu_user and cpu_nice already include them.
*/
return ((scc->cpu_user + scc->cpu_nice +
scc->cpu_sys + scc->cpu_iowait +
scc->cpu_idle + scc->cpu_steal +
scc->cpu_hardirq + scc->cpu_softirq) -
(scp->cpu_user + scp->cpu_nice +
scp->cpu_sys + scp->cpu_iowait +
scp->cpu_idle + scp->cpu_steal +
scp->cpu_hardirq + scp->cpu_softirq) +
ishift);
}
从上面计算方式可以看到,deltot_jiffies近似可以认为是两次CPU采样的所有mode总和之差,以下表为例:
User Nice System Idle Iowait IRQ SoftIRQ Steal Guest GuestNice
cpu 18424040 281581 9443941 493688502 10284789 0 2221013 0 0 0 # 第一次采样,作为scp
cpu 18424137 281581 9443954 493688502 10284789 0 2221020 0 0 0 # 第二次采样,作为scc
deltot_jiffies的计算方式为:
(18424137+281581+9443954+493688502+10284789) - (18424040+281581+9443941+493688502+2221013) + 0 = 117
那么根据采样到的数据,可以得出当前虚拟上的mode为User的CPU占用率为:(((double) ((18424137 - 0) - (18424040 - 0))) / (117) * 100)=82.9%,与预期相符。
再回头看下出问题的Grafana表达式,可以看出其计算的是mode为User的CPU的变动趋势,而不是CPU占用率,按照mpstat的计算方式,该mode的占用率的近似计算方式如下:
increase(node_cpu_seconds_total{mode="user", instance="drg1-prd-dragon-redis-sentinel-data-1:9100"}[10m])/on (cpu,instance)(increase(node_cpu_seconds_total{mode="user", instance="drg1-prd-dragon-redis-sentinel-data-1:9100"}[10m])+ on (cpu,instance) increase(node_cpu_seconds_total{mode="system", instance="drg1-prd-dragon-redis-sentinel-data-1:9100"}[10m]))
得出的mode为User的CPU占用率曲线图如下,与mpstat展示结果相同:

如果有必要的话,可以创建新的指标,用于准确表达CPU占用率。
grafana展示的CPU利用率与实际不符的问题探究的更多相关文章
- linux系统性能监控--CPU利用率
在对系统的方法化分析中,首要且最基本的工具之一常常是对系统的 CPU利用率进行简单测量. Linux以及大多数基于 UNIX的操作系统都提供了一条命令来显示系统的平均负荷(loadaverage) . ...
- [转帖]震惊,用了这么多年的 CPU 利用率,其实是错的
震惊,用了这么多年的 CPU 利用率,其实是错的 2018年12月22日 08:43:09 Linuxer_ 阅读数:50 https://blog.csdn.net/juS3Ve/article/d ...
- CPU 利用率背后的真相,只有 1% 人知道【转】
导读:本文翻译自 Brendan Gregg 去年的一篇博客文章 “CPU Utilization is Wrong”,从标题就能想到这篇文章将会引起争议.文章一上来就说,我们“人人皆用.处处使用,每 ...
- Prometheus笔记(二)监控go项目实时给grafana展示
欢迎加入go语言学习交流群 636728449 Prometheus笔记(二)监控go项目实时给grafana展示 Prometheus笔记(一)metric type 文章目录 一.promethe ...
- 震惊,用了这么多年的 CPU 利用率,其实是错的
导读:本文翻译自 Brendan Gregg 去年的一片博客文章 "CPU Utilization is Wrong",从标题就能想到这篇文章将会引起争议.文章一上来就说,我们&q ...
- 系统服务监控指标--load、CPU利用率、磁盘剩余空间、磁盘I/O、内存使用情况等
介绍 大型互联网企业的背后,依靠的是成千上万台服务器日夜不停的运转,以支撑其业务的运转.宕机对于互联网企业来说,代价是沉重的,轻则影响用户体验,重则直接影响交易,导致交易下跌,并且给企业声誉造成不可挽 ...
- CPU利用率异常的分析思路和方法交流探讨
CPU利用率异常的分析思路和方法交流探讨在生产运行当中,经常会遇到CPU利用率异常或者不符合预期的情况,此时,往往暗示着系统性能问题.那么究竟是核心应用的问题?是监控工具的问题?还是系统.硬件.网络层 ...
- python多进程提高cpu利用率
cpu参数: 1个物理cpu,2个逻辑cpu(超线程),单核 具体 http://blog.csdn.net/dba_waterbin/article/details/8644626 物理CPU. ...
- cpu利用率和cpu 队列
SIP的第四期结束了,因为控制策略的丰富,早先的的压力测试结果已经无法反映在高并发和高压力下SIP的运行状况,因此需要重新作压力测试.跟在测试人员后面做了快一周的压力测试,压力测试的报告也正式出炉,本 ...
- 查看进程,按内存从大到小 ,查看进程,按CPU利用率从大到小排序
查看进程,按内存从大到小 ps -e -o "%C : %p : %z : %a"|sort -k5 -nr 查看进程,按CPU利用率从大到小排序 ps -e -o "% ...
随机推荐
- MySQL进阶实战3,mysql索引详解,上篇
一.索引 索引是存储引擎用于快速查找记录的一种数据结构.我觉得数据库中最重要的知识点,就是索引. 存储引擎以不同的方式使用B-Tree索引,性能也各有不同,各有优劣.例如MyISAM使用前缀压缩技术使 ...
- 【PPT】NET Conf China 2022,主题:C#在iNeuOS工业互联网操作系统的开发及应用
从技术生态发展过程及理念.产品级解决方案理念.产品系统框架及主要功能介绍.产品系统二次开发和应用案例等5个方面进行了主题发言. 从2003到现在,使用.NET技术生态19年左右. 10多年的煤炭.电 ...
- 【Day04】Spring Cloud 升华篇:容器化技术docker和kurbernetes
一.介绍 1.要考虑的问题 微服务数量有很多 中间件的部署-nacos-server sentinel-server 如何部署多个服务和中间件? 2.存在问题---机器上直接解压使用 资源利用率的问题 ...
- Qt网络编程-书接上文,浅谈TCP文件收发,以及心跳包
qt网络编程-书接上文,浅谈文件收发 上文Qt网络编程-从0到多线程编程中谈到 在qt中的qtcpsocket通讯的用法,接下来浅谈一下关于tcp通讯的实际应用,当然了由于是浅谈,也不能保证其功能的完 ...
- 【RocketMQ】主从模式下的消费进度管理
在[RocketMQ]消息的拉取一文中可知,消费者在启动的时候,会创建消息拉取API对象PullAPIWrapper,调用pullKernelImpl方法向Broker发送拉取消息的请求,那么在主从模 ...
- 用 while 生成猜数字
import java.util.Random; import java.util.Scanner; public class zy2 { public static void main(String ...
- jQuery烟花效果
1.依赖源码 (function($){$.fn.fireworks=function(options){options=options||{};options.opacity=options.opa ...
- Java的深拷贝和浅拷贝的区别
一.拷贝的引入 (1).引用拷贝 创建一个指向对象的引用变量的拷贝. Teacher teacher = new Teacher("Taylor",26); Teacher oth ...
- 在GCP上创建Cloud SQL的三种方式(Console,gcloud,Terraform)
1 简介 Cloud SQL 是GCP上的关系型数据库,常用的有三种方式来创建: (1) 界面操作 (2) 命令行 gcloud (3) Terraform 在开始之前,可以查看:<初始化一个G ...
- 路由分发、名称空间、虚拟环境、视图层三板斧、JsonResponse对象、request对象获取文件、视图层FBV与CBV的源码剖析、模版层简介
今日内容详细 路由分发 django的每一个应用都可以有自己独立的路由层(urls.py)静态文件(static文件夹)模板层(templates文件夹) 基于这个特性多人开发项目就可以完全解 ...