Perl 高 CPU 使用率：火焰圖定位正規表示式熱點（100% CPU 實戰排查）

今天我將向您逐步地展示如何使用 OpenResty XRay 快速定位一個執行中的 Perl 程序中那些最熱的 Perl 程式碼路徑。這些程式碼路徑消耗最多的 CPU 時間，會影響您應用程式的效能。

問題: 高 CPU 使用率

首先執行 top 命令來檢查 CPU 使用情況。

如您所見，一個 Perl 程序佔用了 100% 的 CPU 核心資源。

執行 ps 命令來檢視這個程序的完整命令列。

可以看到它是 Linux 發行版自帶的標準 Perl 二進位制可執行檔案。

使用 OpenResty XRay 的引導式分析功能定位最熱的 Perl 程式碼路徑

現在來使用 OpenResty XRay 來檢查這個未經修改的程序。我們可以對它進行實時分析，弄清楚 CPU 使用率高的原因。

在瀏覽器中開啟 OpenResty XRay 的 web 控制檯。

確認您分析的是正確的機器。

進入”引導式分析“頁面。

這裡可以看到您可以分析的問題的不同型別。

讓我們選擇”高 CPU 使用率“。

點選“下一步”。

選擇應用程式。

選擇消耗 99% CPU 資源的程序。也就是我們之前在 top 中看到的程序。

確保應用程式型別是正確的。

通常預設值就是正確的。

OpenResty XRay 可以同時分析多種語言級別。這裡保持 Perl 和 C 都選中的狀態。

我們還可以設定最大分析時間。這裡保持預設值 300 秒不變。

開始分析。

系統將持續進行多輪分析。現在它正在執行第一輪分析。

第一輪分析完成了，現在已經進行到第二輪分析了。對於這個案例，兩輪分析已經足夠了。

現在讓我們停止分析。

C 級別 CPU 火焰圖分析

可以看到系統已經自動建立了一個報告。

這是 CPU 最熱的 C 程式碼路徑。

這是一個在 Perl VM 執行時中的名為 Perl_fbm_instr 的 C 函式。它使用 FBM 演算法來搜尋字串，以進行正規表示式匹配。

這裡的 C 函式表明，它確實在進行正規表示式匹配。

perl_run 函式意味著 Perl VM 當前正在執行 Perl 程式碼。

Perl 級別 CPU 火焰圖分析

在檢查了最熱的 C 程式碼路徑後，我們再看看最熱的 Perl 程式碼路徑。

這個 C 函式仍然是我們剛才討論過的 Perl_fbm_instr。

這是一個名為 scan 的 Perl 函式。它是業務邏輯的一部分，它在 Services::Processor 包中。

這兩個作為呼叫者的 Perl 函式在業務程式碼級別給出了更多的上下文線索。

這個 Perl 函式屬於 Dancer2 Perl web 框架。

這是第二熱的 Perl 程式碼路徑。

唯一的區別是這個 Glibc 函式，memchr。它使用 Intel AVX2 指令集在記憶體緩衝區中搜尋字元。也是正規表示式匹配操作的一部分。Perl 函式呼叫鏈完全相同。

定位 Perl 原始檔和行號

點選”更多”來檢視關於最熱的 Perl 程式碼路徑的詳細資訊。

上面展示的程式碼路徑是從這個 Perl 語言級別 CPU 火焰圖中自動推匯出來的。

下面是關於當前問題的更詳細的解釋和建議。

它談到了我們之前看到的 Perl_fbm_instr C 函式。

它提到了這個函式使用了 “Fast Boyer-Moore” 字串搜尋演算法。

它還提及了 Perl 函式 scan。

它提到了這個函式在 Services::Processor 包中。

將滑鼠懸停在這個名為 scan 的 Perl 函式的綠色框上。

我們可以看到 scan 函式的 Perl 原始檔。並且在提示框中看到 Processor.pm 檔案的完整路徑。

Perl 原始碼行號是 14。

點選這個小圖示複製這個函式完整的 Perl 原始檔路徑。

在終端裡貼上我們剛剛複製的程式碼路徑，使用 vim 編輯器檢視相應的 Perl 業務程式碼。您也可以使用其他任何您喜歡的編輯器。

跳轉到報告提示框中顯示的第 14 行。

可以看到這行 Perl 程式碼確實在做正規表示式匹配。

它也在報告中顯示的 scan 函式中。

全自動分析與報告

OpenResty XRay 也可以自動監控線上程序，並顯示分析報告。

進入 “Insights” 頁面。

您可以在 “Insights” 頁面中找到以日和周為週期的報告。

所以其實您不是一定要使用引導式分析功能。儘管引導式分析對於應用程式的開發和演示是很有用的。

常見問題：Perl 高 CPU 使用率

為甚麼我的 Perl 程序 CPU 佔用 100%？

Perl 高 CPU 使用率的常見原因是熱點程式碼路徑中開銷高昂的正規表示式操作。在本文案例中，OpenResty XRay 將 CPU 瓶頸定位到 Perl_fbm_instr——Perl VM 中實現 Fast Boyer-Moore 字串搜尋、用於正則匹配的 C 函式——呼叫自 Services::Processor::scan 函式的第 14 行。CPU 火焰圖完整地展示了從 Dancer2 框架一直到 VM 級正則函式的呼叫鏈。

如何找到導致 CPU 高的 Perl 程式碼？

使用 OpenResty XRay 的引導式分析功能，同時生成 C 級別和 Perl 級別的 CPU 火焰圖。火焰圖以堆疊的函式呼叫展示熱點，方框寬度代表 CPU 時間佔比。將滑鼠懸停在函式方框上即可看到原始檔路徑和行號，然後用任意編輯器開啟該檔案，就能檢查具體的問題程式碼。

正規表示式會導致 Perl CPU 使用率高嗎？

會。Perl VM 函式 Perl_fbm_instr 使用 Fast Boyer-Moore 字串搜尋演算法進行正則匹配，它是本文案例中最主要的 CPU 消耗者——在第一和第二熱的 C 語言級程式碼路徑中都是葉子函式。相關的 Glibc 函式 memchr（使用 Intel AVX2 指令集）也是正則匹配負載的一部分。

甚麼是 Perl 的 CPU 火焰圖？

CPU 火焰圖是一種堆疊函式呼叫的視覺化圖形，每個方框的寬度代表相對的 CPU 時間佔比。OpenResty XRay 可以同時生成 C 級別和 Perl 級別的 CPU 火焰圖，從 Perl VM 內部函式（如 Perl_fbm_instr）一路追蹤到具體的 Perl 原始檔和行號。

關於 OpenResty XRay

OpenResty XRay 是一個動態追蹤產品，它可以自動分析執行中的應用程式，以解決效能問題、行為問題和安全漏洞，並提供可行的建議。在底層實現上，OpenResty XRay 由我們的 Y 語言驅動，可以在不同環境下支援多種不同的執行時，如 Stap+、eBPF+、GDB 和 ODB。

關於本文和關聯影片

本文和相關聯的影片都是完全由我們的 OpenResty Showman 產品從一個簡單的劇本檔案自動生成的。

關於作者

章亦春是開源 OpenResty^® 專案創始人兼 OpenResty Inc. 公司 CEO 和創始人。

章亦春（Github ID: agentzh），生於中國江蘇，現定居美國灣區。他是中國早期開源技術和文化的倡導者和領軍人物，曾供職於多家國際知名的高科技企業，如 Cloudflare、雅虎、阿里巴巴, 是 “邊緣計算“、”動態追蹤 “和 “機器程式設計 “的先驅，擁有超過 22 年的程式設計及 16 年的開源經驗。作為擁有超過 4000 萬全球域名使用者的開源專案的領導者。他基於其 OpenResty^® 開源專案打造的高科技企業 OpenResty Inc. 位於美國矽谷中心。其主打的兩個產品 OpenResty XRay（利用動態追蹤技術的非侵入式的故障剖析和排除工具）和 OpenResty Edge（最適合微服務和分散式流量的全能型閘道器軟體），廣受全球眾多上市及大型企業青睞。在 OpenResty 以外，章亦春為多個開源專案貢獻了累計超過百萬行程式碼，其中包括，Linux 核心、Nginx、LuaJIT、GDB、SystemTap、LLVM、Perl 等，並編寫過 60 多個開源軟體庫。

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