查询执行成本高（查询访问表数据行数多）而导致实例 CPU 使用率高是 MySQL 非常常见的问题

MySQL CPU 使用率高的原因和解决方法_产品性能_常见问题_云数据库 RDS 版-阿里云 https://help.aliyun.com/knowledge_detail/51587.html

常见原因

系统执行应用提交查询（包括数据修改操作）时需要大量的逻辑读（逻辑 IO，执行查询所需访问的表的数据行数），所以系统需要消耗大量的 CPU 资源以维护从存储系统读取到内存中的数据一致性。

本文通过一个简化的模型来说明系统资源、语句执行成本以及 QPS（Query Per Second 每秒执行的查询数）之间的关系：

• 条件：应用模型恒定（应用没有修改）。
• avg_lgc_io：执行每条查询需要的平均逻辑 IO。
• total_lgc_io：实例的 CPU 资源在单位时间内能够处理的逻辑 IO 总量。
• 关系公式：total_lgc_io = avg_lgc_io x QPS -- 单位时间 CPU 资源 = 查询执行的平均成本 x 单位时间执行的查询数量。

避免出现 CPU 使用率达到 100% 的一般原则

• 设置 CPU 使用率告警，实例 CPU 使用率保证一定的冗余度。
• 应用设计和开发过程中，要考虑查询的优化，遵守 MySQL 优化的一般优化原则，降低查询的逻辑 IO，提高应用可扩展性。
• 新功能、新模块上线前，要使用生产环境数据进行压力测试（可以考虑使用阿里云 PTS 压力测试工具）。
• 新功能、新模块上线前，建议使用生产环境数据进行回归测试。
• 建议经常关注和使用 DMS 中的诊断报告。 

典型示例

以 CPU 使用率为 100% 的典型场景为例，本文介绍了两个引起该状况的原因及其解决方案，即应用负载（QPS）高和查询执行成本（查询访问表数据行数 avg_lgc_io）高。其中，由于查询执行成本高（查询访问表数据行数多）而导致实例 CPU 使用率高是 MySQL 非常常见的问题。

• 应用负载（QPS）高
  • 现象描述
    • 特征：实例的 QPS（每秒执行的查询次数）高，查询比较简单、执行效率高、优化余地小。
    • 表现：没有出现慢查询（或者慢查询不是主要原因），且 QPS 和 CPU 使用率曲线变化吻合。
    • 常见场景：该状况常见于应用优化过的在线事务交易系统（例如订单系统）、高读取率的热门 Web 网站应用、第三方压力工具测试（例如 Sysbench）等。
  • 解决方案对于由应用负载高导致的 CPU 使用率高的状况，使用 SQL 查询进行优化的余地不大，建议您从应用架构、实例规格等方面来解决，例如：
    • 升级实例规格，增加 CPU 资源。
    • 增加只读实例，将对数据一致性不敏感的查询（比如商品种类查询、列车车次查询）转移到只读实例上，分担主实例压力。
    • 使用阿里云 DRDS 产品，自动进行分库分表，将查询压力分担到多个 RDS 实例上。
    • 使用阿里云 Memcache 或者云 Redis 产品，尽量从缓存中获取常用的查询结果，减轻 RDS 实例的压力。
    • 对于查询数据比较静态、查询重复度高、查询结果集小于 1 MB 的应用，考虑开启查询缓存（Query Cache）。 注意 能否从开启查询缓存（Query Cache）中获益需要经过测试，具体设置请参见 RDS for MySQL 查询缓存（Query Cache）的设置和使用。
    • 定期归档历史数据、采用分库分表或者分区的方式减小查询访问的数据量。
    • 尽量优化查询，减少查询的执行成本（逻辑 IO，执行需要访问的表数据行数），提高应用可扩展性。
• 查询执行成本（查询访问表数据行数 avg_lgc_io）高
  • 现象描述
    • 特征：实例的 QPS（每秒执行的查询次数）不高；查询执行效率低、执行时需要扫描大量表中数据、优化余地大。
    • 表现：存在慢查询，QPS 和 CPU 使用率曲线变化不吻合。
    • 原因分析：由于查询执行效率低，为获得预期的结果即需要访问大量的数据（平均逻辑 IO高），在 QPS 并不高的情况下（例如网站访问量不大），就会导致实例的 CPU 使用率高。
  • 解决方案

    解决该状况的原则是：定位效率低的查询、优化查询的执行效率、降低查询执行的成本。

    操作步骤

    1. 通过如下方式定位效率低的查询：
       • 通过 show processlist; 或 show full processlist; 命令查看当前执行的查询，如下图所示：
         
         对于查询时间长、运行状态（State 列）是“Sending data”、“Copying to tmp table”、“Copying to tmp table on disk”、“Sorting result”、“Using filesort”等都可能是有性能问题的查询（SQL）。

          注意

         • 若在 QPS 高导致 CPU 使用率高的场景中，查询执行时间通常比较短，show processlist; 命令或实例会话中可能会不容易捕捉到当前执行的查询。您可以通过执行如下命令进行查询：

           试用 

           explain select b.* from perf_test_no_idx_01 a, perf_test_no_idx_02 b where a.created_on >= 2015-01-01 and a.detail = b.detail

         • 您可以通过执行类似kill 101031643;的命令来终止长时间执行的会话，终止会话请参见 RDS for MySQL 如何终止会话。关于长时间执行会话的管理，请参见 RDS for MySQL 管理长时间运行查询。