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Python CPU 与 IO 瓶颈的识别方法

冰川箭仙

冰川箭仙

发布时间:2026-02-21 17:47:03

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来源于php中文网

原创

真正有效的办法是结合进程内指标和系统级观测交叉验证:用ps查wchan判断io阻塞,py-spy火焰图定位cpu或io热点,/proc/pid/status看线程内核态等待点,strace补全网络文件调用并观察耗时,同时注意python日志等隐式io瓶颈。

python cpu 与 io 瓶颈的识别方法

怎么看 Python 进程到底卡在 CPU 还是 IO 上

直接看 tophtop 里的 %CPU 和 %WAIT(或 %IOWAIT)不靠谱——Python 解释器线程调度、GIL、系统级采样延迟会让这两个值严重失真。真正有效的办法是结合进程内指标和系统级观测交叉验证。

实操建议:

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  • ps -o pid,ppid,pcpu,pmem,wchan=COMM -p <pid></pid>wchan:如果显示 ep_pollpipe_waitwait_event_interruptible 等,基本是阻塞在 IO;若显示 do_syscall_64 或为空,更可能是 CPU 密集
  • py-spy record -p <pid> -o profile.svg</pid>(需安装 py-spy)生成火焰图:顶部宽而平的栈集中在 builtins.sumnumpy.dot、循环体里?CPU 瓶颈;大量栈停在 socket.recvos.readtime.sleep?IO 瓶颈
  • 对多线程程序,cat /proc/<pid>/stack</pid> 能看到每个线程当前内核态等待点,比用户态堆栈更准——注意要 root 权限

asyncio 程序里为什么 asyncio.sleep(0) 不能缓解“假 IO 瓶颈”

这不是 IO 瓶颈,是协程没让出控制权导致事件循环饿死。常见于误把同步阻塞调用(如 requests.gettime.sleepjson.loads 大字符串)塞进 async def 函数里。

实操建议:

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  • asyncio.create_task() 包裹耗时同步调用时,必须配合 loop.run_in_executor,不能只加 await asyncio.sleep(0)
  • 检查是否用了非异步库:比如用 aiohttp 发请求但里面混了 pandas.read_csv ——后者会锁死整个 event loop
  • asyncio.current_task().get_coro() + 日志打点,确认协程是否真在等待,还是卡在某行同步代码上

threading.Thread 开很多反而更慢?GIL 不是只锁解释器吗

GIL 锁的是字节码执行权,不是整个进程。但频繁线程切换、争抢 GIL、内存分配竞争(尤其是 list.appenddict[key]=val 这类操作)会让多线程在 CPU 密集场景下比单线程还慢 20%~50%。

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实操建议:

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  • perf record -e sched:sched_switch -p <pid></pid> 抓上下文切换频次:每秒超 10k 次基本就是 GIL 争抢严重
  • CPU 密集任务优先用 multiprocessing,但注意 Process 启动开销和 IPC 成本——小任务别拆
  • IO 密集任务用线程可以,但线程数别盲目设成 os.cpu_count() * 4;实际按并发连接数或文件句柄上限设(比如 min(32, ulimit -n // 2)

为什么 strace -p <pid> -e trace=recvfrom,sendto,openat,read,write</pid> 看不到明显 IO 延迟

因为很多 IO 已被缓冲:read() 返回快不代表磁盘快,可能只是从 page cache 读;write() 返回快也不代表落盘,只是进了内核 write buffer。真正的瓶颈可能在刷盘(fsync)、锁文件(flock)、或 DNS 解析(getaddrinfo 不在默认 trace 列表里)。

实操建议:

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  • -e trace=%network,%file 覆盖更全,尤其补上 connectgetaddrinfofsync
  • 观察 strace 输出里系统调用耗时(单位微秒):连续多个 recvfrom 耗时 > 10ms,且返回值为 0(对端关闭),说明网络层已断连但应用没及时处理
  • 配合 iostat -x 1%utilawait:若磁盘 %util 接近 100% 但 await 很低,瓶颈在队列深度或并发策略,不是磁盘本身

最常被忽略的是:Python 的 print()logging 默认同步刷到终端或文件,高频日志本身就会变成 IO 瓶颈——关掉 debug 日志、用 logging.handlers.QueueHandler、或者把 sys.stdout 换成带缓冲的 io.BufferedWriter,效果可能比换框架还明显。

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