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快速定位NodeJs线上问题 – 之火焰图篇

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快速定位NodeJs线上问题 – 之火焰图篇
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前段时间,公司监控群内报警,某个nodeJs项目 CPU 被打满,运维大哥快速重启解决,由于现场没有保留没定位到具体问题。2周后同样的报警又出来了,只能再次祭出重启大法,按照预期果然好了。但是这问题得解啊,总不能让运维老哥哥们写个脚本每两周就重启一次吧。

在定位问题时,发现了有个叫火焰图的工具可以帮助快速准确的定位问题,简直神器,不至于猜来猜去。但是在查找相关资料的时候,发现google到的信息基本都是6、7年前的文章。难道火焰图已经过时了吗,现在已经有更好的方式来定位问题了吗?带着这些疑问决定从根源了解下火焰图的由来。

0x02 火焰图在nodeJs中的发展历程

火焰图本身并不复杂。但是结合 Node.js 的发展历程,每个阶段生成火焰图的形式都有所不同,把我能搜集到的方式列出来,可以根据自己的实际情况进行选择。

1、Brendan Gregg 大神发明了火焰图,并在 2011年12月正式对外发布。

2、 David Pacheco 紧接着在 2012年1月 用DTrace来抓取node项目的profile并使用火焰图来分析性能。 你的Node项目最耗时地方在哪里?(where-does-your-node-program-spend-its-time)

同期 David Pacheco 又在npm上发布了一个可以统计火焰图的package,有兴趣可以看下他的源码实现,代码不多。stackvis – npm

3、2013年的时候,Google发布了 Google Chrome’s performance analysis tool,就是我们常用的chrome浏览器中的profile收集工具。


4、2013年12月, V8添加了对 perf_events 的支持,允许使用 --perf-basic-prof 参数。支持版本为v0.11.13。使用方法如下:

# *~/node-v0.11.13-linux-x64/bin/node --perf-basic-prof hello.js &*
[1] 31441
# *ls -l /tmp/perf-31441.map*
-rw-r--r-- 1 root root 81920 Sep 17 20:41 /tmp/perf-31441.map
# *tail /tmp/perf-31441.map*
14cec4db98a0 f Stub:BinaryOpICWithAllocationSiteStub(ADD_CreateAllocationMementos:String*Generic->String)
14cec4db9920 f Stub:BinaryOpICWithAllocationSiteStub(ADD_CreateAllocationMementos:String*String->String)
14cec4db99a0 f Stub:BinaryOpICWithAllocationSiteStub(ADD_CreateAllocationMementos:String*Smi->String)
14cec4db9a20 22c LazyCompile:~nextTick node.js:389
14cec4db9cc0 156 Stub:KeyedLoadElementStub
14cec4db9e80 22 KeyedLoadIC:
14cec4db9f20 22 KeyedLoadIC:
14cec4db9fc0 56 Stub:DoubleToIStub
14cec4dba080 10c Stub:KeyedStoreElementStub
复制代码

5、2016年,Node 决定将 Chrome 浏览器的"开发者工具"作为官方的调试工具,使得 Node 脚本也可以使用图形界面调试,这大大方便了开发者。可以参考这篇文章。

$ node --inspect app.js

$ node --inspect-brk=9229 app.js
复制代码

这个方法截止目前为止应该是比较方便的抓取方式,本文后面对该方法会有一个详细的介绍。

6、 2016年,ebay 发表了一篇文章,介绍了他们使用 v8-profiler 生成 Node.js 火焰图的过程 : 点燃 Node.js 的火焰 – ebay

目前 v8-profiler 作者应该已经弃坑,可以使用 hyj1991v8-profiler-next ,支持 Node v4.x ~ v10.x版本。

7、2017年底,阿里云发布了alinode这个性能分析利器,我们有幸成为第一批使用者,为之后的几次重大活动提功力强有力的保障。

使用alinode可以很方便的一键抓取线上 cpu profile 并进行性能分析。

8、 2018年8月,诞生了一个好用的火焰图分析工具SpeedScope ,支持3种分析模式,下面有对这个工具详细介绍。

0x03 火焰图的含义

上面已经大致了解了nodeJs里面火焰图的历史。下面来说说如何看懂一张火焰图吧,下图是我们真实项目中的一次压测时抓取的数据。


火焰图基本含义:(来源: 如何读懂火焰图? – 阮一峰的网络日志

  • 每一个小块代表了一个函数在栈中的位置(即一个栈帧)。
  • y 轴表示调用栈,每一层都是一个函数。调用栈越深,火焰就越高,顶部就是正在执行的函数,下方都是它的父函数。
  • x 轴表示抽样数,如果一个函数在 x 轴占据的宽度越宽,就表示它被抽到的次数多,即执行的时间长。注意,x 轴不代表时间,而是所有的调用栈合并后,按字母顺序排列的。
  • 小块的宽度代表 CPU 的使用时间,或者说相对于父函数而言使用 CPU 的比例(基于所有样例),越宽则代表占用 CPU 的时间越长,或者使用 CPU 很频繁。 如果一个函数在顶层占据的宽度最大,就表示该函数可能存在性能问题。

0x04 案例分析


根据上一环节对火焰图的定义,结合上图的压测数据,已经标注出三个优先级最高,可能存在问题的地方:

request
transformResponse

结合实际情况,下图为该问题发生时大致的效果(因为现场图没有保存下来,下面是后来压测模拟的效果)


TIME_WAIT

根据上面分析,猜测应该是图中问题1的地方所导致的。从代码中定位到确实是我们内部framework中对axios统一封装的 fetch 方法没有处理好导致。问题2、3虽然有优化空间,但不是导致CPU飙升的根源所在。修改后压测数据终于恢复正常。

0x05 最佳实践

上面火焰图历史的部分已经介绍了很多种抓取火焰图的方法,但是很多方法上手难度较高,有的需要侵入代码进行改造。

1、收集

NodeJs v6.3.0+ 推荐使用 --inspect 来抓取,并且使用 chrome-devtools:// 来分析。

  1. 运行node时添加 --inspect 参数
node --inspect app.js
复制代码
  1. 打开chrome浏览器,直接输入 chrome://inspect ,如下图的地方选择 inspect。

  1. 点击start后就可以对node项目进行压测了。

  1. 压测成功后,保存 CPU-xx.cpuprofile cpuprofile文件到本地。

2、分析

推荐使用speedscope 来分析火焰图的趋势,打开官网,选择刚才本地保存的文件,支持在线分析也可以安装speedscope到本地。它支持三种模式:

  1. Time Order 模式:默认按照时间顺序排列;
  2. Left Heavy 模式:会把最宽的堆栈放在最左侧,依次往右排列,便于快速定位问题;
    1. Sandwich 模式:可以看到每个函数的相关的时间;

阅读原文...


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