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使用USE Method分析系统性能问题

遇到性能问题怎么分析定位？这个问题太难回答了，各种底层环境、依赖系统、业务场景，怎么可能有统一的答案。于是产生了各种分析性能问题的“流派”。两个典型的 ANTI-METHODOLOGIES：

  • blame-someone-else 使用此方法的人遵循下列步骤：

    1. 找到一个不是他负责的系统或环境
    2. 假定问题和这个组件有关
    3. 将问题转交个负责这个组件的团队
    4. 如果证明是错误的，重复步骤1

  • 路灯法 没有系统的方法论，只是使用自己擅长的工具去观察，而不管问题到底出现在哪儿。就像丢了钥匙的人去路灯下寻找，仅仅是因为路灯下比较亮。这种行为被称为路灯效应。

相信很多同学已经脑补出上述的两个场景，他们的行为模式让人抓狂。于是有聪明人总结出了《The USE Method》。USE是Utilization，Saturation 和 Errors的缩写，简单说USE是一套分析系统性能问题的方法论，具体表现为一个checklist，分析过程就是对照checklist一项项检查，希望能快速定位瓶颈资源或错误。

初看这个方法感觉有点太简单了吧，这也能称为方法论？不过这确实体现出了老外的做事风格，任何事情都会去做定量分析，力求逻辑完整。而我们往往讳莫高深的一笑，只可意会不可言传。

简单介绍下USE，详细内容推荐看这篇《The USE Method》。USE的一句话总结：

For every resource, check utilization, saturation, and errors.

术语解释

  • resource：CPU，内存，磁盘，网络等一切物理设备资源
  • utilization：资源利用率。例如CPU的资源利用率90%
  • saturation：当资源繁忙时仍能接收新的任务，这些额外的任务一般都放入了等待队列。saturation就表现为队列的长度，例如CPU的平均运行队列为4（Linux上使用vmstat命令获得）。
  • errors：系统的错误报告数，例如TCP监听队列overflowed次数。

列出系统中的所有资源，然后逐项检查利用率、等待队列和错误数，就这么简单！下表是一个范例：

resource type metric
CPU utilization CPU utilization (either per-CPU or a system-wide average)
CPU saturation run-queue length
Memory capacity utilization available free memory (system-wide)
Memory capacity saturation anonymous paging or thread swapping
Network interface utilization RX/TX throughput / max bandwidth Storage
Storage device I/O utilization device busy percent
Storage device I/O saturation wait queue length
Storage device I/O errors device errors ("soft", "hard", ...)

对于资源测量数据的解读，作者给了一些建议，例如：资源利用率100%肯定表示该资源是系统瓶颈，70%以上的利用率就要引起足够的重视，一般IO设备利用率高于70%，响应时间将大幅上升。资源等待队列大于0意味着可能存在问题。资源的任何错误计数，都值得仔细调查，特别是当性能变差时，错误计数在上升。

要使用这个方法，你还需要一份完整的资源列表，一般的系统资源包括：

  • CPUs: sockets, cores, hardware threads (virtual CPUs)
  • Memory: capacity
  • Network interfaces
  • Storage devices: I/O, capacity
  • Controllers: storage, network cards
  • Interconnects: CPUs, memory, I/O

作者很厚道的按照每种操作系统给出了checklist，重点关注《USE Method: Linux Performance Checklist》，不仅列出了资源，而且告诉你如何进行测量。例如CPU运行队列的测量：

system-wide: vmstat 1, "r" > CPU count [2]; sar -q, "runq-sz" > CPU count; dstat -p, "run" > CPU count; per-process: /proc/PID/schedstat 2nd field (sched_info.run_delay); perf sched latency (shows "Average" and "Maximum" delay per-schedule); dynamic tracing, eg, SystemTap schedtimes.stp "queued(us)"

根据作者的实践经验，使用USE方法解决了80%的性能问题，只付出了5%的努力，当考虑了所有的资源，你不太可能忽视任何问题。简单有效！