CPU 利用率异常的分析思路和方法
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，下面这些知识可以帮助你。
（来自社区会员交流活动，社区专家杨建旭总结梳理成文）
基本概念类问题
(一) CPU的占用是怎么产生的？为什么不同OS下的CPU利用率不同？
操作系统是用来调度任务（进程）和管理外围设备的系统，操作系统采用自己的进程调度策略将进程调度到CPU上运行，占用了CPU时间片，由此产生了CPU的占用。
为什么不同OS下的CPU利用率不同呢？有以下几方面的原因：
1. 不同的操作系统管理外围设备的方法、进程调度的算法、内存管理的算法等等有差异，因此同一个应用在不同的OS下的CPU消耗可能不一样。
2. 同一个应用安装在不同的设备上（包括硬件+OS+系统软件），并不能保证参数都是一样的。即使是同一个版本的OS，由于应用和OS的参数配置太多，可能某个参数配的不一样，相差很大的CPU利用率都是可能的。举几个例子：
一个采用文件系统，另一个采用裸设备
一个设置了CPU折叠，一个没设置
一个写磁盘是按照4K写入，另一个按照64K写入，那么diskbusy的百分比相差很大，CPU的繁忙程度也略有不同
3. 不同OS上，CPU数读工具的统计方法可能不一样，即使是同一个OS，不同的CPU读数工具的统计方法也可能不一样。
有人提到，“Linux on Power的处理器利用率比AIX的处理器利用率相比少得多”，这个现象并不奇怪。即使都是AIX，同一个应用在AIX61上和AIX71上，CPU利用率也不同，我做过实验，AIX71相比AIX61做了一定的优化。
(二) 为什么多核CPU的利用率分布不均匀
问题：在AIX系统，利用topas查看时，发现只有一个CPU的利用率很高，其他的core利用率几乎为零，怎么可以调整参数，使得其他的core的利用率增大？在Linux下的问题同样的疑问。
从应用角度，很可能应用是个单进程，不能分到多个CPU上运行。如果已经是个多进程应用，那就可能并发数设置为1了，需调大并发数后才能分配到多个核运行。
从操作系统层面，系统会把进程调度到上一次使用的CPU，以避免进程的上下文切换。一个CPU干的好好的，当然不会调到其他CPU，不然上下文切换代价大。因此，如果压力不是很大的时候，当然是只有一个core的利用率较大，而其他core是闲置状态。
(三) CPU利用率的正常使用范围是多少？
一般来说，生产运行环境中CPU 70%会报警。有些谨慎、保守的单位，CPU超过40%就着手扩容了。
但并不是说CPU一超过70%就一定是异常，对于夜间的批处理业务，可能更多的是期望它尽多占用CPU、尽快处理完成，以免影响第二天的开门。
(四) CPU利用率当中的Sys%高是什么原因？
如果系统态占比比较大，一般有以下几类原因：
1. 为了追求效率，减少用户态到系统态的转换，把用户态的function改到系统态，例如：一些驱动程序，以显卡驱动最为常见
2. 系统有IO问题
3. 应用设计问题
例1：频繁调用sync函数做缓存到磁盘的数据同步，就会产生大量sys%，并且这个sys%中，大量的是kernel态的wait和sync。
例2：反复load/unload so文件。
例3：阻塞方式的网络收发
问题诊断思路
(一) CPU利用率上不去
CPU有两头怕
1）怕CPU占用率高
2）怕CPU占用率低
重点解释一下为什么怕CPU低。有时候，业务压力冲上来了，但都被挡在外面，或者堆在队列了，而此时看CPU利用率却很低，也就是有CPU但没有用上。
这种情况有好多原因，这里说几个原因：
1）并发线程数太少
并发数应该开多少呢？ 假如你的应用线程是全力干活的线程，没有什么SLEEP、等IO之类的事情，也就是说，一个线程可以把一个物理CPU THREAD吃的满满的。那么你的最大并发线程，可以设为略小于服务器的逻辑CPU数量。也就是CPU CORE* SMT。如果你是虚拟化POWERVM环境，逻辑CPU=VPSMT，但虚拟化环境，需要额外注意，如果你要保持高性能，那么建议略小于ECSMT即可。
2）虚拟化平台的参数配置有问题
比如某个LPAR，EC=0.5，VP=5，那么很可能，压力来了之后，CPU利用率也上不去，报文严重堆积。因为可能系统环境中物理机的CPU占用率已经较高，各个LPAR之间借用CPU已经非常严重，大部分时间都花在hypervisor的调度上，以及CPU的cache命中失败去内存找数据取了。
关于这方面的原理，可以参看
3）其他各类参数限制导致应用能力被约束，尤其以数据库为甚
比如应用连接Oracle数据库服务器的JDBC连接数太少，数据库的process太少等等，导致应用在等待数据库。如果单从数据库来讲，以Oracle为例，可以看看AWR的top等待事件。
比如logswitch等待时间长，可能需要调整redo日志组数和日志大小
比如索引等待时间长，可能需要调整为索引分区
比如rego日志sync等待时间长，可能需要调整存储的能力。
4）应用逻辑设计问题
逻辑设计复杂，流转过程长，导致不能很好的并发利用资源。
可以类比CPU流水原理，CPU设计为什么设置多级流水，而不是一级流水把一个指令执行完。
(二) CPU利用率居高不下
主机资源使用繁忙，到底是因应用需要做优化处理还是确实物理资源不足导致？
1. CPU资源不足，首先可以考虑优化。优化首先考虑技术层面优化
2. 如果技术优化无果，则进入业务优化。更改业务流程，业务处理方式。例如：
a) 实时检查，改为定期检查
b) 每秒钟检查一次，改为每分钟检查一次
c) 实时清算改为定时清算
3. 如果业务优化仍然无果，则需要加资源，甚至从总体上更改架构。毕竟任何CPU、任何服务器、任何系统都是有业务上限的。
CPU利用率居高不下的原因：
1. 绝大多数情况是应用写的烂
算法差，或者无意的应用调用，触发了内核函数占用CPU高。
这里所说的应用包括中间件、数据库（比如SQL写的差，没做变量绑定（硬解析），索引设置不合理，数据库物理设计不合理等等）。
2. 参数类 系统参数（比如缓存什么情况下往硬盘刷，设置不得当，刷的频率太快） 编译参数（各种优化选项，以及各种依赖关系） 数据库参数（比如可以共享游标去节省CPU消耗，但却没有做） 中间件参数（比如GC策略）
AIX 关键业务系统CPU使用率高居不下，但是未对业务系统造成影响，如何进一步具体分析？
如果在贵单位认定的标准线以内，比如，CPU%不超过70即认为可以接受，不处理也没关系。
1）有些应用可能已经优化到极致了。接下来考虑的是扩容、容量规划，必要时调整架构（分布式，大数据）。容量规划可以采用以下的步骤：
收集性能,、容量和事件数据（服务器统计数据，网络统计数据，存储统计数据，业务统计数据）
分析服务器性能和业务需求
性能趋势分析，判断未来需求
关联数据，对性能和容量进行深入分析
提供“what-if”分析，识别未知的瓶颈
考虑虚拟化技术、优化成本、 供应和需求
生成报表提供更好的决策支持
2）如果不考虑扩容，仅考虑优化
采用nmon、topas、tprof，curt等工具分析什么进程、线程、函数占用了CPU，或者CPU在等待什么事件，进行深入分解和分析
(三) 如何应对CPU使用率毛刺问题？
毛刺不可怕，OS的CPU调度也不一定那么完美
首先需要判断毛刺是1）周期性的，或者2）杂乱无章的，或者3）偶尔的突起。
1. 周期性的毛刺
列举几种可能的原因：
第一：发送到该服务器的业务量本身有周期性的增大。
第二：某个进程/任务周期性占用。如果是周期性监控进程占用CPU，问问监控系统的开发人员，咨询监控软件时候时间点发起监控、内部发起了什么操作或命令，这些操作是否可以优化。
第三：定期的锁导致业务量在锁时期积压，锁释放后冲高
2. 杂乱无章的毛刺
第一：发送到该服务器的吞吐量本身有是高低不一的。
第二：读取队列的算法有问题，读取不均匀
第三： OS调度问题
3. 偶发的毛刺
可以采用脚本或代码抓取当CPU出现毛刺时的调用栈（CoreDump、tprof、truss等）。
也很有可能是某应用程序、系统程序或操作系统的bug
(四) 偶尔异常
有没有好的方法监控异常占用CPU的进程？
这里采用的方法和“CPU偶发的毛刺”采用的方法一样，采用脚本或代码抓取当CPU出现毛刺时的进程和调用栈（nmon、ps、CoreDump、tprof、truss等方法）。
(一) CPU分析
vmstat, iostat, ps, sar, gprof/prof/tprof,time/timex, netpmon, locktrace,emstat,alstat,topas,trace, trcrpt,curt,splat,truss,procstack 等
(二) CPU优化
procmon,larstat,mpstat,cpupstat,nice/renice,schedo,bindprocessor,chdev,setpri等
可以参考社区“系统性能测试”专栏中的几篇文章（http://www.aixchina.net/Column/detail/id/9）
性能指标之资源指标-CPU-谁占用了CPU-进程级
性能指标之资源指标-CPU-谁占用了CPU-函数级-tProf
性能指标之资源指标-CPU-谁占用了CPU-函数级-curt
性能指标之资源指标-CPU-谁占用了CPU-函数级-truss
性能指标之资源指标-CPU-谁占用了CPU-函数级-CoreDump
(四) 收集CPU信息数据时需要注意一些什么？
需避免对业务运行造成影响。收集数据越全面的工具，消耗越多的资源（CPU、磁盘IO、存储空间）。最好在业务量低的时候收集，除非你的问题是在业务量高的时候才出现。
收集时间要短，如果1分钟的数据够用，就只搜集1分钟。像trace这样的收集工具是每个逻辑CPU都分别搜集，如果你的几十个CPU上跑的进程都差不多，可以少搜集一些CPU。
虚拟化相关
(一) PowerVM环境下的CPU监控和分析与物理机环境有哪些差异？
首先：利用率的概念不同。
虚拟化环境下CPU利用率相对于EC（标称计算能力）来说，可以超过100%。
相对于VP（虚拟CPU）来说，永远是&=100%。
相对于运行时获得的物理CPU来说，永远是&=100%。
CPU利用率的统计方法：
第二：虚拟化环境关注的参数更多，这些参数会对性能产生巨大的影响
虚拟化环境需同时关注以下参数：
标称计算能力（Entitled Capacity，简称EC）
虚拟CPU（Virtual CPU，简称VP）
逻辑CPU个数（Logical CPU）
有上限/无上限（Capped/Uncapped）
型号/时钟频率
处理器折叠（Processor Folding）
运行时物理CPU（Physical CPU）
可以参考：
(二) 开发的应用在CPU核数一样的虚拟服务器上性能表现出较大的差异
1、用的是什么虚拟服务器？VMware还是PowerVM的？还是其他的平台？
2、假如是VMware，用的是ESX/vSphere还是VMware Workstation，二者架构不同，性能不同，PC上的VMware Workstation不是裸金属模式，性能不好。
3、虚拟机上看到的核数，可能不是真正的核数。比如说VMware上，看到的2个core，其实是x86 CPU的一个core中的一个超线程。
如果这个x86 CPU一个core是两个线程，那么虚拟机中的两个core只相当于物理的一个core。当然，这是能够完全抢占的情况下。如果没有完全抢占，那就更小了。
如果是PowerVM的虚拟机，操作系统看到的核数是VP（虚拟CPU），至于这个LPAR运行时候，能得到多少物理CPU以及这些物理CPU的亲和性，可能差异很大。
PowerVM上CPU的概念可以参考：
性能指标之资源指标 CPU配置参数对性能的影响
(三) 虚拟化下CPU核数超分配有没有最佳实践
问题：在虚拟化的环境下，一般可以超分配CPU核数。一般会有一个临界值。过了这个值CPU性能就大幅下滑。我们如何找这个值，有没有什么最佳实践？
所谓的“最佳实践”其实是厂商给出通用值，具体到你的单位头上，并不一定是最佳的。世界上没有所谓的通用的最佳。就好比，两地三中心、异地双活之类的设计方案，没有什么最佳实践，每个企业都有根据自己的特点来设计。
回到你的问题，如果你的系统追求最短的响应时间（核心交易系统），VP和EC的比值越小越好。如果，追求最大瞬时CPU获得，设置大一些更好，最大可以是10，适用于平时没有什么业务量的非核心系统。
(四) EC高低似乎对业务响应时间没什么影响，为什么？
这个是需要运气的。
是否做上下文切换，取决于进程是不是每次被调用到同一个VP上，VP是不是每次被调用到同一个物理CPU上。
如果你的资源池，资源比较充足，那么hypervisor按照亲和性调度，你的VP每次得到的物理CPU是一样的，所以响应时间不受影响
反之，资源紧张，多个LPAR争抢，亲和性大打折扣，响应时间就起伏很大。
亲和性的数值，可以通过下面方式查询
Nmon的BBBP sheet
命令行Mpstat –d
"那么如果要看运气的话，物理资源多少才算闲置，总利用率多少需要开始关注CPU亲和度了，需要开始着手处理此类问题了"
首先要理解亲和度的概念，是CPU是否能从cache1、2、3里面读到数据。举个例子，有1000个进程跑在一个CPU上，但都是不怎么干活的进程，一会儿进程A上来占用，一会进程B上来占用，但总体CPU利用率并不高，但每个进程上来后都要有自己的进程上下文。可能此时cache1、2、3根本缓存不了这么多上下文。结果就是大量的上下文切换。
因此不会有一个绝对的指标，说物理资源多少才开始关注CPU亲和度。
针对 “物理机的整体CPU利用率究竟达到多少时，需要考虑扩大LPAR的EC”
是否扩大LPAR的EC，主要考虑的是你的业务需求是否能够得到满足（例如，响应时间是否满足要求，吞吐量是否跟得上），而不是主要考虑物理机的整体CPU利用率。
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今日搜狐热点大家在使用电脑的过程中，都出现过电脑CPU使用率高导致电脑非常卡，运行的一些程序卡住不动了甚至似无响应。那么电脑CPU占用100%使用率怎么解决呢？
首先在解决问题之前，我们先要弄明白是什么原因导致电脑CPU占用过高？找到症结才能更好的解决问题。一般情况原因有一下几点：
电脑运行了大型的程序，例如大型的软件等等，这种情况通常都是正常的，这类程序需要较多的CPU资源，网友将大型的程序退出一段时间，CPU使用率基本就恢复正常了。
2.电脑中毒。病毒会在后台大量恶意程序运行，资源都被病毒占用了，当然电脑会觉得很卡。这种情况就需要把病毒清除干净，木马清理后CPU使用率就然就降低了。
3.电脑兼容性不够，有时网友哦看视频时会突然卡一段时间，然后电脑就崩溃了，这里有可能是电脑显卡驱动兼容性存在问题，也可能是视频文件过大，电脑支持不了，从而出现CPU使用率过高。
4.系统不是纯净版本，导致安装了很多软件插件，建议使用纯净版系统。
5.一些杀毒软件会对网页、进程、插件、邮件监控，可能会造成扫描一些程序的时候造成死循环。
那针对这些问题，我们又高如何快速有效解决呢？
1.在运行大型程序之前，查看电脑配饰是否满足运行改程序的最低配置，如果确实无法支撑，就建议大家将电脑硬件进行升级了。
2.大家可以使用占用资源小的一些安全工具，不会使电脑CPU使用率过高。
3.定期更新电脑各种驱动，保持电脑驱动处于最新状态，减少CPU出现100%的概率。
4.若是硬件导致CPU使用率高， 如果你的电脑还是单核cpu，如老配置系列的cpu，这种老爷机。打开一个网页CPU都到100%了。
这种问题只有升级你的硬件才能解决了 ，接下来会介绍一些优化方法来降低CPU使用率。如果优化后还是无法解决你CPU使用率高的问题，建议还是升级硬件。或者更换电脑。
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CPU和内存占用都很低，但是非常卡，是怎么回事。
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昨天解压高压版的鬼泣4，安装解压的时候非常卡，切换个窗口要等20多秒，查看了下cpu占用3%，还剩1g空闲，是系统问题？用的x4 640和2g内存，感觉应该不是配置太低。
显卡一定不是铭瑄。
解压的时候在写入文件呢
操作额外的硬盘就不会这样了
对 楼主 playforhappy 说：＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝应该是硬盘的问题吧……
解压嘛。。硬盘才是瓶颈。。
把系统和常用安在一个硬盘上，游戏和电影安在另一个硬盘上
我有时候也会莫名的卡
不知何因啊！
应该是硬盘的问题
别开节能软件，就用凉又静就行了
硬盘是关键
对 楼主 playforhappy 说：＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝解压缩时硬盘吃满了～
对 第3楼 换马甲你不认识我 说：＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝谢谢马版
对 第4楼 class18801 说：＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝这样感觉挺郁闷，到后面解压只有9mb/s了。
对 第6楼 草泥马JS 说：＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝暂时还觉得容量够用，组raid0有点浪费，看来只能忍了
对 第9楼 恶意卖萌 说：＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝没开节能，因为不用交电费，压力不太大
对 第11楼 木精灵 说：＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝有种感觉，但是用p4时候也是这么卡的，悲剧的硬盘
对 第16楼 playforhappy 说：＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝这么多年硬盘的读取速度提升很小，所以卡经常的。另外不交电费就不重视节能这可要掉RP的！
正常，解压时本身就非常占用硬盘资源，一般此时硬盘会满载读盘，硬盘灯会长亮。
硬盘已经满载你还让他去读其他程序，当然就会会很卡。
现在电脑最大的瓶颈就是硬盘了，不能忍就换固态硬盘或组RAID 0吧，这样会好些。
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其他第三方号登录【维护无忧】3分钟看懂CPU占用率高原理
1 CPU和CPU占用率简介
交换机的核心--CPU
交换机采用分布式架构，主要包括转发平面和控制平面。其中转发平面用于实现二三层转发；而控制平面主要用于实现转发的控制。
如图1-1所示，交换机的控制平面采用通用嵌入式CPU实现，转发平面采用转发芯片实现：
转发芯片完成主要的二三层转发功能，如更新用于二层转发的MAC地址表以及用于IP转发的三层转发表。转发芯片的特点是能够实现大吞吐量的数据转发。
CPU主要维护软件表项（如路由表、ARP表等），并根据软件表项的转发信息来配置转发芯片的硬件三层转发表。同时，CPU本身也可以完成软件三层转发。CPU的特点是数据处理能力非常低。
图1-1 交换机的分布式架构
在网络中，可将报文按照功能分为控制报文和数据报文。当交换机上还未建立任何硬件转发表项时，如果报文到达交换机，首包由CPU转发并建立三层转发硬件表项，后续包（即非首包）流量由入端口进入转发芯片，如图1-2所示：
图1-2 交换机对非首包流量的处理
后续包的部分流量1（一般为数据报文）直接由转发芯片转发出去这部分流量不经过CPU，所以该流量的处理也不消耗CPU。这部分流量一般为数据报文。
后续包的部分流量2（一般为控制报文和部分数据报文）经由转发芯片上送CPU，由CPU来决定是否需要将其转发出去或直接在CPU终结。该流量需要消耗CPU，不能进行高速转发。
总的来说，真正决定交换机高速交换转发的是转发芯片中的二三层硬件表项，而转
发芯片的硬件表项来源于CPU维护的软件表项。可以看出，CPU是交换机的核心。
交换机正常启动后，为了维持系统的正常运行，CPU上有大约超过200个活跃的任务用于完成对设备的管理、监控和三层表项学习，并且该任务数量与交换机形态相关。通常交换机支持的特性越多，系统运行的任务也越多。
设备的CPU占用率指一段时间内系统中非空闲任务占用CPU处理的时间比率，是对设备CPU使用情况的一个宏观统计，具有以下的几个重要特点：
持续变化性：系统的CPU占用率不是保持不变的，它是随着系统的运行和外部环境的变化而持续变化的。
非实时性：系统的CPU占用率反映的是一个CPU统计周期内的CPU使用情况，并不是特指某一个时间点的实时占用情况。
实体强相关性：CPU占用率是以物理CPU为粒度进行统计的，通常而言，设备上的每块业务板均有一个单独的物理CPU，因此它们的CPU占用率都是相互独立的。
CPU占用率表示交换机在某个时间点的运行任务情况。如图1-3所示，A任务占用10ms，B任务占用30ms，然后空闲60ms，再又是A任务占10ms，B任务占30ms，空闲60ms。如果在一段时间内都是如此，那么这段时间内的占用率为40%。CPU占用率越高，说明交换机在这个时间上运行了很多任务，反之则很少。
图1-3 任务占用CPU运行时间
可以看出，CPU占用率的高低与CPU的强弱有直接关系，因此，CPU占用率是衡量设备性能的重要指标之一。
2 CPU和CPU占用率原理
需要交换机终结的协议报文
所有目的地址为本机的报文均需要上送CPU处理：
- 各种协议控制报文，如STP、LLDP、LNP、LACP、VCMP、DLDP、EFM、GVRP、VRRP等
- 路由更新报文，如RIP、OSPF、BGP、IS-IS等
- SNMP、Telnet、SSH报文
- ARP、ND回应报文
需要特殊处理的报文
-带option选项的ICMP报文
- 带hop-by-hop选项的IPv6报文
- TTL小于或等于1的IPv4/IPv6数据报文
- 目的IP地址为本机的数据报文
- ARP/ND/FIB Miss报文
应用了ACL，需要CPU处理的报文
- 开启logging功能后，通过ACL deny动作丢弃的报文
- 流策略重定向到CPU的报文
组播特性相关的报文
- PIM、IGMP、MLD、MSDP协议报文
- 未知IP组播流
其他特性的相关报文
- DHCP协议报文
- ARP、ND广播请求报文
- L2PT软转发的L2协议报文（仅Tunnel两端的设备为软转发，中间设备使用芯片硬件转发）
如图2-1所示，报文最终送到主控板的CPU可能经过多次限速，包括：转发芯片的限速、交换网芯片的限速。多次限速逐层形成防护墙，保证主控板CPU的安全。
图2-1 框式交换机上报文的上送限速
如图2-2所示，每个芯片/逻辑的限速主要分为三类：基于协议的限速、基于队列的限速、基于端口的所有报文统一限速。如下以V200R007版本S9300非X1E系列的业务板为例，介绍CPU限速等的缺省情况（其他款型、其他版本可以通过命令display cpu-defend configuration all查看）。
图2-2 上送CPU报文的限速分类
表2-1 S9300上基于协议的限速值
业务板限速值(kbps)
主控板限速值(kbps)
802.1x、arp-miss、mpls-ping、nd、nd-miss、loopbacktest、nd-redirect
smart-link、lacp、lldp、dldp、ttl-expired、mpls-ttl-expired、ntp、hw-tacacs、fib-miss、hgmp-bc、smlk-rrpp、hotlimit、mpls-vccv-ping、arp-request、arp-reply、arp-mff、vpls-arp
eoam-3ah、mpls-one-label
vpls-igmp、mpls-rsvp、ipmc-invalid、bpdu
vrrp、bgp4plus、vrrp6、hvrp、ssh、ftp、snmp、gvrp、eoam-1ag-lblt、pppoe、hopbyhop、hgmp-mc、hgmp-uc、nac-nd、nd-snp-rs、nd-snp-rans、nd-snp-na、mad、nac-arp
mpls-oam、igmp、pim、rip、telnet、tcp、fib-hit、rrpp、udp-helper
stp、mld、unknown-multicast、bpdu-tunnel、ipmc-miss
fib6-hit、mpls-fib-hit
http、pimv6、icmpv6、easy-operation、eoam-1ag、heart-packet
isis、ospf、ospf-hello、bgp、bfd、mpls-ldp、ripng、ospfv3、nac-dhcp、vpls-dhcp-request、vpls-dhcp-reply、nac-dhcpv6、ospfv3-uc
dhcp-client、dhcpv6-request、dhcpv6-reply、radius、y1731
dhcp-server
表2-2 业务板上CPU处理不同报文的队列划分(队列ID越大，转发优先级越高)
业务板上队列ID
快协议报文（快协议指响应时间很短的协议，如BFD，响应时间在100ms以内，如果短暂丢包就可能导致协议震荡）
从业务板CPU上送的报文
stp、smart-link、ldt、lldp、dldp、vrrp、mpls-oam、isis、pim、rip、ospf、ospf-hello、bgp、bfd、mpls-rsvp、mpls-ldp、mpls-ttl-expired、ntp、ripng、ospfv3、bgp4plus、pimv6、vrrp6、hvrp、telnet、ssh、mpls-ping、gvrp、bpdu-tunnel、rrpp、eoam-3ah、eoam-1ag、eoam-1ag-lblt、nd、y1731、mpls-one-label、loopbacktest、bpdu、nap、hgmp-mc、hgmp-uc、hgmp-bc、nd-redirect、nd-snp-rs、nd-snp-rans、nd-snp-na、mad、smlk-rrpp、ospfv3-uc
重要控制面协议报文
arp-request、arp-reply、dhcp-client、dhcp-server、igmp、vpls-igmp、icmp、8021x、http、dhcpv6-request、dhcpv6-reply、icmpv6、mld、ftp、snmp、radius、hw-tacacs、tcp、easy-operation、fib-hit、fib-miss、arp-miss、unknown-packet、udp-helper、arp-mff、pppoe、hopbyhop、mpls-vccv-ping、fib6-hit、nd-miss、nac-dhcp、vpls-arp、vpls-dhcp-request、vpls-dhcp-reply、nac-arp、icmp-ttl-expired、mpls-fib-hit、nac-nd、nac-dhcpv6、heart-packet
重要控制面协议报文
ttl-expired、hotlimit
次要控制面协议报文
unknown-multicast、ipmc-invalid、ipmc-miss
次要控制面协议报文
表2-3 主控板上CPU处理不同报文的队列划分(队列ID越大，转发优先级越高)
主控板上队列ID
快协议报文（快协议指响应时间很短的协议，如BFD，响应时间在100ms以内，如果短暂丢包就可能导致协议震荡）
从业务板CPU上送的报文
stp、smart-link、ldt、lldp、dldp、vrrp、mpls-oam、isis、pim、rip、ospf、ospf-hello、bgp、bfd、mpls-rsvp、mpls-ldp、mpls-ttl-expired、ntp、ripng、ospfv3、bgp4plus、pimv6、vrrp6、hvrp、telnet、ssh、mpls-ping、gvrp、bpdu-tunnel、rrpp、eoam-3ah、eoam-1ag、eoam-1ag-lblt、nd、y1731、loopbacktest、bpdu、nap、hgmp-mc、hgmp-uc、hgmp-bc、nd-redirect、nd-snp-rs、nd-snp-rans、nd-snp-na、mad、smlk-rrpp、ospfv3-uc
重要控制面协议报文
arp-request、arp-reply、dhcp-client、dhcp-server、igmp、vpls-igmp、icmp、8021x、http、dhcpv6-request、dhcpv6-reply、icmpv6、mld、ftp、snmp、radius、hw-tacacs、tcp、easy-operation、fib-hit、fib-miss、arp-miss、unknown-packet、udp-helper、arp-mff、pppoe、hopbyhop、mpls-vccv-ping、fib6-hit、nd-miss、nac-dhcp、mpls-one-label、vpls-arp、vpls-dhcp-request、vpls-dhcp-reply、nac-arp、icmp-ttl-expired、mpls-fib-hit、nac-nd、nac-dhcpv6、heart-packet
重要控制面协议报文
ttl-expired、hotlimit
次要控制面协议报文
unknown-multicast、ipmc-invalid、ipmc-miss
次要控制面协议报文
交换机根据报文的层次（管理/控制/转发）及其重要性来指定将报文发送到哪个CPU队列。CPU队列具有相对优先级。例如，Telnet管理报文和dhcp-client协议报文同时排队，CPU将优先处理5号队列的Telnet管理报文，通过该机制确保CPU高负荷下设备稳定可管理。同时，CPU还通过加权调度机制防止低优先级队列的报文得不到处理。在稳定的网络环境下，上送CPU的报文数量控制在适当的范围内，CPU占用率也稳定在一个合理的区间。如果一段时间内上送CPU的报文数量过大，则CPU会因为忙于处理这些报文而表现为CPU占用率过高。
2.2 CPU处理报文原理（盒式交换机）
华为交换机由硬件转发普通数据报文，无需CPU参与。以下场景会将报文发送给CPU处理：
需要交换机终结的协议报文
所有目的地址为本机的报文均需要上送CPU处理：
- 各种协议控制报文，如STP、LLDP、LNP、LACP、VCMP、DLDP、EFM、GVRP、VRRP等
- 路由更新报文，如RIP、OSPF、BGP、IS-IS等
- NMP、Telnet、SSH报文
- ARP、ND回应报文
需要特殊处理的数据报文
- 带option选项的ICMP报文
- 带hop-by-hop选项的IPv6报文
- TTL小于或等于1的IPv4/IPv6报文
- 目的IP地址为本机的报文
- ARP/ND/FIB Miss报文
基于ACL的特性
- 开启logging功能后，通过ACL deny动作丢弃的报文
- 流策略重定向到CPU的报文
- PIM、IGMP、MLD、MSDP协议报文
- 未知IP组播流
- DHCP协议报文
- ARP、ND广播请求报文，二层交换机配置动态ARP检测DAI（Dynamic ARP Inspection）时也发送ARP报文
- L2PT软转发的L2协议报文（仅Tunnel两端的设备为软转发，中间设备使用硬件转发）
- N:1 VLAN mapping第一个报文上送CPU，后续报文使用硬件转发
交换机采用QoS机制处理上送CPU的报文，确保重要报文优先处理。交换机将上送CPU的不同类型的报文划分到优先级不同的8个队列，不同交换机款型支持上送CPU的报文种类可能不同。以S5700LI形态为例，部分典型报文上送CPU的队列划分如表2-4和图2-3所示，队列ID值越大，优先级越高。
表2-4 CPU处理不同报文的队列划分
IPC、RPC、LACP
内部管理报文
内部软转发的协议报文
Telnet、SSH、LNP、DHCP
管理面协议报文
ARP Request
重要控制面协议报文
STP、SMLK、EOAM、VCMP
重要控制面协议报文
LBDT、LLDP、DLDP、IGMP、ICMP、NTP、802.1x、GVRP、L2PT、ARP Miss、FTP、SNMP
控制面协议报文
图2-3 将不同类型报文分发到CPU队列
交换机根据报文的层次（管理/控制/转发）及其重要性来指定将报文发送到哪个CPU队列。CPU队列具有相对优先级。例如，Telnet管理报文和L2PT软件透传L2协议报文同时排队，CPU将优先处理5号队列的Telnet管理报文，通过该机制确保CPU高负荷下设备稳定可管理。同时，CPU还通过加权调度机制防止低优先级队列的报文得不到处理。在稳定的网络环境下，上送CPU的报文数量控制在适当的范围内，CPU占用率也稳定在一个合理的区间。如果一段时间内上送CPU的报文数量过大，则CPU会因为忙于处理这些报文而表现为CPU占用率过高。
2.3 CPU占用率高造成的影响
当设备转发面上送CPU的报文速率过快（如因网络环路导致CPU短时间内收到大量报文）或者某任务长时间占用CPU时，CPU将高负荷运行，可能无法及时调度其他任务，进而引发业务异常。
CPU占用率过高会影响系统处理能力，导致网络业务表现不如预期，可能导致出现的网络故障现象有：
交换机不能响应正常的管理请求
- Telnet或SSH会话不能建立，导致无法管理设备或者设备反应慢，命令执行有延迟等
- SNMP超时
- MAC/IP Ping耗时很长甚至超时
交换机不能及时转发或回应客户端请求，导致DHCP失败或IEEE 802.1x认证失败
STP拓扑改变甚至出现网络环路
交换机通过CPU周期性的接收BPDU报文维持其Root/Alternate端口角色，如果因上游设备CPU繁忙导致BPDU报文不能及时发出或本机CPU繁忙不能及时处理收到的BPDU报文，交换机会认为到根桥的原路径故障而重新选择Root端口，引起网络重新收敛；如果交换机原来同时存在Alternate端口，则将Alternate端口作为新的Root端口，这时就可能导致网络出现环路。
路由拓扑改变
动态路由协议的保活由CPU完成，如果因CPU繁忙不能及时接收和发送hello报文，就会导致路由震荡，如OSPF震荡、BGP震荡、VRRP震荡。
可靠性检测协议震荡
802.3ah、802.1ag、DLDP、BFD、MPLS OAM等检测协议均由CPU完成定时保活，如果因为CPU繁忙不能及时接收和发送协议报文，将会导致协议震荡，进而影响相关业务流量转发。
LACP类型的Eth-Trunk链路震荡
LACP的保活由CPU完成，如果因CPU繁忙不能及时接收和发送LACP报文，Eth-Trunk会将链路关闭，产生链路震荡。
通过CPU软转发的报文被丢弃或转发时延增大
交换机内存消耗增加
2.4 CPU占用率高属于正常现象的场景
在网络运行中，CPU占用率过高常常会导致业务异常，例如BGP震荡、VRRP频繁切换甚至用户无法登录交换机。但某些情况下，CPU占用率高并不会导致网络问题，例如，交换机在某一时刻集中读取光模块信息、瞬间流量增多等各种具体情况，导致CPU占用率暂时性高的现象是正常的、可接受的，所以不能简单的将CPU占用率高当作故障处理。只有当设备长时间不能正常处理业务时，才需要定位是否由于CPU占用率高而引起的。
如下一些场景可能导致CPU占用率高，属于正常现象，而不是故障场景。如果过了一段时间后，CPU占用率恢复到正常值，则可以不需要处理：
网络中瞬间流量增多
交换机单板刚启动
交换机在某一时间点集中读取光模块信息
交换机在进行生成树的计算
对于MSTP，CPU占用率同实例数和活跃端口数成正比。对于VBST，由于每个VLAN独立运行一个实例，因此在相同VLAN和端口数目下，VBST比MSTP占用更多的CPU资源。
交换机接收到路由更新信息，大规模更新路由表
当接收到路由更新消息时，设备需占用CPU资源将路由信息更新到转发面。对于集群/堆叠系统，路由信息还需要同步到其他成员交换机。
在路由表更新过程中影响CPU占用率大小的因素有：
- 路由表项的规模
- 更新的频率
- 接收更新的路由协议进程数
- 集群/堆叠系统成员交换机数量
交换机在执行copy cfcard:/或输出信息量大的debug等执行时间长的命令
网管系统在频繁操作交换机
导致CPU占用率高的其他事件
- 端口使能了Sticky MAC功能后，快速学习MAC
- 将大量端口同时加入大量VLAN（如通过端口组操作，将大批端口加入大量VLAN、修改大批端口的链路类型等）
- 频繁或大量的IGMP请求
- 大量并发的DHCP请求（如交换机作为DHCP服务器时，恢复与大量用户的连接）
- ARP广播风暴
- 以太网广播风暴
- 软转发大量并发协议报文（如短时间内L2PT透传大量BPDU报文，DHCP Relay/Snooping软转发DHCP报文等）
- 大量不能由转发芯片直接转发的数据报文上送CPU（如ARP-Miss）
- 端口频繁Up/Down
CPU占用率高基础知识都了解了吧~欲知如何定位故障，如何解决解决。敬请期待下一篇~~
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