面试题：Bash脚本性能优化与深度故障排查

Question

假设有一个处理大数据量的Bash脚本，该脚本读取一个非常大的文本文件（可能达到GB级别），逐行处理数据并生成报告。目前脚本运行时间过长，资源占用高。请从优化脚本执行效率、减少资源消耗方面对脚本进行优化，并详细描述在优化过程中可能遇到的故障点以及相应的排查解决方法，包括但不限于I/O瓶颈、内存溢出等问题。

Answer 1

优化脚本执行效率和减少资源消耗的方法

1. 逐行读取优化：
   • 原方式：传统的while read line逐行读取在处理大文件时效率尚可，但可以进一步优化。例如，在读取时可以使用read -r line <&3这种更高效的文件描述符读取方式，避免一些不必要的环境变量扩展等开销。
   • 优化示例：

exec 3< bigfile.txt
while read -r line <&3; do
    # 处理逻辑
    :
done
exec 3<&-

2. 处理逻辑优化：
   • 减少不必要操作：检查脚本中每行处理逻辑，避免重复计算。例如，如果有一些固定值的计算，可以移到循环外部。
   • 命令替代：使用更高效的命令。比如，在处理文本时，awk和sed在某些场景下可能比纯Bash脚本实现更高效。例如，若要提取每行的特定字段，可以用awk '{print $3}'替代复杂的Bash字符串操作。
3. 内存使用优化：
   • 避免大数组：如果脚本中使用数组来存储大量数据，考虑能否改为逐行处理并直接生成报告，而不是先存储在数组中再处理。
   • 及时释放资源：对于临时文件等资源，及时删除。例如，使用mktemp创建临时文件，在使用完毕后立即用rm删除。

可能遇到的故障点及排查解决方法

1. I/O瓶颈：
   • 故障现象：脚本运行缓慢，磁盘I/O使用率高。
   • 排查方法：使用iostat命令查看磁盘I/O情况，如iostat -x 1（每秒输出一次磁盘I/O统计信息）。如果%util接近100%，说明磁盘I/O繁忙。
   • 解决方法：
     • 优化磁盘读取方式，如上述提到的使用文件描述符高效读取。
     • 若服务器支持，考虑使用固态硬盘（SSD）替代机械硬盘（HDD），提高磁盘I/O性能。
2. 内存溢出：
   • 故障现象：脚本运行过程中系统提示内存不足，或脚本异常退出。
   • 排查方法：使用free -h命令查看系统内存使用情况，在脚本运行前后对比。也可以使用top命令实时监控脚本运行时的内存使用。
   • 解决方法：
     • 按照内存使用优化部分的方法，减少内存占用，如避免大数组。
     • 如果是因为系统内存确实不足，可以考虑增加物理内存或启用交换空间（swap），但启用交换空间可能会影响性能。
3. CPU使用率过高：
   • 故障现象：脚本运行时，CPU使用率持续居高不下。
   • 排查方法：使用top命令查看CPU使用情况，找到占用CPU高的进程（如果脚本是通过调用其他进程处理数据，可能是这些进程导致CPU高）。
   • 解决方法：
     • 优化处理逻辑，减少复杂计算，如使用更高效的算法或命令替代。
     • 如果是多线程处理导致CPU高，检查线程间的同步和资源竞争情况，合理调整线程数量。