分析golang定时器cpu使用率高的现象

前言:

      废话少说,上线一个用golang写的高频的任务派发系统,上线跑着很稳定,但有个缺点就是当没有任务的时候,cpu的消耗也在几个百分点。 平均值在3%左右的cpu使用率。你没有任务的时候,cpu还跑到3%,这个说不过去呀。通过查看进程pidstat捕获得知,system系统的cpu消耗也不少。 sys的cpu占用率高一般是由于大量的syscall系统调用引起的….


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下面的截图是用strace统计出来的系统调用…. 我们发现  futex 和 pselect6 的syscall非常的多….  futex 是锁的调用,pselect6可以理解为select的加强版,除了我们不关心的信号掩码外,他是支持纳秒级别的定时器。


那我们知道,在golang里很多的锁操作,比如sync.Mutex 已经被抽象成 标志位及waitQueue,加runtime调度的模式。这也是所有协程框架会做的事情,抽象锁的操作,避免陷入内核上下文切换,使用协程内置的调度器,golang是通过runtime来做使这些Goroutine排队的唤醒和拿锁。  我们用户层除了cgo之外,是不容易调用futex syscall….   


有人说了,channel是有锁的,对的,channel的底层数据结构是有锁对象的,但是他的锁操作正如我上面说的那样,已经被抽象成atomic cas了, 不可能这么多futex的。

 


下面是火焰图的表现.


那我们先放弃futex的追查,先来排查下 pselect6为毛这么多? 整个系统里看起来会用到超时逻辑的只有select了。  为了避免channel读写长时间阻塞,我们通常都会加一个定时器,比如使用 time.After, time.NewTicker, time.NewTimer ….  

测试定时器与futex及pselect6的关系

既然确定是 定时器的问题,那么我们来做测试下各种的组合,把协程数和定时器时间的精度提高来看。


下面是 300个协程,sleep 100ms 的cpu占用比.


下面是 800个协程,sleep 100ms的cpu占用比 .


下面是800个协程,sleep加长到1s 之后的cpu表现.

通过测试来看,只要把定时器的时间精度放到1秒,cpu占用率还是降低了不少….   所以说,有用 …

那么回到问题,前面说的 futex 怎么一回事?  跟定时器是否有联系?   答案是有联系的 .  定时器精度小的时候,futex锁操作次数相对应的变高。  反之,定时器提升到大几秒,futex边的更少了…   

那么问题又来了,定时器为什么会产生锁? 定时器不外乎就那几个方法,小顶堆呀,红黑树呀…. golang使用堆来构建全局定时器,既然是堆,那么肯定就要有锁,开了几百个协程,如果有N个P,那么几百个协程会分派在不同的P上。 协程需要跑在线程上,那么这么多的线程去操作heap堆,自然就会有更多的锁冲突,锁操作了。

先前的cpu占用率高的代码样例:

如何解决上面说的问题?

要么就不要用定时器

如果非要使用,可以把时间精度放大,或者 自定义定时器,比如开发一个时间轮,时间轮的刻度可以配置成一毫秒,这样可以收敛很多的定时任务。 时间轮也是各大公司推荐的方案。

可以参考下面时间轮的实现…


END


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