用户在使用 MySQL 实例时，会遇到 CPU 使用率过高甚至达到 100% 的情况。本文将介绍造成该状况的常见原因以及解决方法，并通过 CPU 使用率为 100% 的典型场景，来分析引起该状况的原因及其相应的解决方案。

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。

说明：大量行锁冲突、行锁等待或后台任务也有可能会导致实例的 CPU 使用率过高，但这些情况出现的概率非常低，本文不做讨论。

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

解决方法

数据管理(DMS)工具提供了几种辅助排查并解决实例性能问题的功能，主要有：

实例诊断报告

SQL 窗口提供的查询优化建议和查看执行计划

实例会话

其中，实例诊断报告是排查和解决 MySQL 实例性能问题的最佳工具。无论何种原因导致的性能问题，建议您首先参考下实例诊断报告，尤其是诊断报告中的 SQL 优化、会话列表和慢 SQL 汇总分。

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。

注意：关于如何访问 DMS 中的诊断报告，请参见 RDS 如何访问诊断报告。

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

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：

explain selectb.*fromperf_test_no_idx_01 a,perf_test_no_idx_02 b wherea.created_on >=2015-01-01anda.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

通过 DMS 查看当前执行的查询，查询步骤如下：

在 DMS 控制台上登录数据库。

选择性能 > 实例会话，显示结果如下图所示：

从上图可以看出，有 10 个会话在执行下面这个查询：

selectb.*fromperf_test_no_idx_01 a,perf_test_no_idx_02 b wherea.created_on>='2015-01-01'anda.detail=b.detail;

单击 SQL 列中的查询文本，即可显示完整的查询和其执行计划，如下图所示：

从上图可以看出，在该查询的执行计划中，系统对两张约为 30 万行的数据表执行了全表扫描。由于两张表是联接操作，这个查询的执行成本(逻辑 IO)约为 298267 x 298839 = 89,133,812,013(大概 900 亿)，所以查询会执行相当长的时间并且多个会话会导致实例 CPU 使用率达到 100%(对于同样规格的实例，如果是优化良好的查询，QPS 可以达到 21000；而当前 QPS 仅为 5)。

得到需要优化的查询后，可以通过如下任意一种方式来获取查询的优化建议：

通过 DMS 的优化查询获取：

注意：对于 QPS 高和查询效率低的混合模式导致的 CPU 使用率高的问题，建议使用优化查询获取优化建议。

在 DMS 控制台上登录数据库。

选择 SQL 操作 > SQL 窗口。

单击优化，即可得到优化建议，如下图所示：

通过 DMS 控制台上的诊断报告获取：

说明：诊断报告同样适用于排查历史实例 CPU 使用率高的问题。

在 DMS 控制台上登录数据库。

选择性能 > 诊断报告。

单击发起诊断，即可创建一个针对当前实例运行情况的报告，如下图所示：

单击查看报告，查看优化建议。

注意：对于 CPU 使用率高的问题，建议关注诊断报告的 SQL 优化、会话列表和慢 SQL 汇总部分。

根据优化建议，添加索引，查询执行成本就会大幅减少(如下图所示，从 900 亿行减小到 30 万行，查询成本降低 30 万倍)，实例 CPU 使用率 100% 的问题解决。