Network UPS Tools (NUT) 中usbhid-ups驱动CPU高负载问题分析与解决

问题现象

在Network UPS Tools (NUT) 2.8.2版本及后续开发分支中，usbhid-ups驱动出现了CPU使用率异常升高的问题。具体表现为：

• 进程持续占用约一个CPU核心的资源
• 系统负载长期维持在较高水平
• 通过strace追踪发现进程处于紧密的select循环中
• 文件描述符数量随时间增长而增加

技术分析

通过深入分析，发现问题根源在于Unix域套接字的管理机制。当外部进程(如upsdrvctl)通过Unix域套接字向驱动进程发送命令(如reload)后，连接虽然结束，但驱动进程未能正确关闭对应的套接字描述符。

这种现象导致了以下连锁反应：

1. 未关闭的套接字描述符持续存在于进程的文件描述符表中
2. select系统调用不断报告这些套接字"就绪可读"
3. 进程尝试读取这些套接字时得到空数据(返回0)
4. 由于采用了O_NDELAY标志而非O_NONBLOCK，无法区分是暂时无数据还是连接已关闭
5. 进程陷入紧密的循环中，不断检查这些实际上已经无效的套接字

解决方案

针对这个问题，我们实施了以下改进措施：

1. 套接字管理优化：

   • 在检测到read返回0时，主动关闭对应的套接字
   • 确保所有临时连接都能被正确清理

2. 标志位改进：

   • 将O_NDELAY替换为更现代的O_NONBLOCK
   • 提供更清晰的错误状态区分

3. 资源回收机制：

   • 实现定期检查机制，清理无效套接字
   • 增加对异常状态的检测和处理

验证与效果

改进后的版本经过严格测试：

• 通过模拟命令发送验证套接字管理
• 监控文件描述符数量变化
• 检查CPU使用率和系统负载

测试结果表明：

• 不再出现文件描述符泄漏
• CPU使用率恢复正常水平
• 系统负载显著降低
• 驱动功能完全正常

技术建议

对于使用NUT的用户和开发者，建议：

1. 对于生产环境：

   • 及时升级到包含此修复的版本
   • 监控驱动进程的CPU使用情况
   • 定期检查进程打开的文件描述符数量

2. 对于开发者：

   • 在类似网络/套接字编程中优先使用O_NONBLOCK
   • 实现完善的资源回收机制
   • 增加对异常状态的检测和处理

此问题的解决不仅修复了当前版本的缺陷，也为后续开发提供了重要的经验参考，特别是在进程间通信和资源管理方面。