علت افزایش CPU در سرور

افزایش مصرف CPU در سرورها می‌تواند به دلایل متعددی رخ دهد. درک این علل و یافتن راهکارهای مناسب برای مدیریت و کاهش مصرف CPU می‌تواند به بهبود عملکرد سرور و افزایش کارایی آن کمک کند. در زیر به برخی از علل اصلی افزایش مصرف CPU در سرورها اشاره می‌شود. اما مهمترین دلیل افزایش ناگهانی CPU  حملات دیداس است.

بررسی علل افزایش مصرف CPU

1. بار زیاد ترافیک

افزایش تعداد درخواست‌ها از سوی کاربران یا کلاینت‌ها می‌تواند به طور مستقیم منجر به افزایش مصرف CPU شود. هر درخواست نیاز به پردازش دارد و با افزایش تعداد آنها، فشار بیشتری بر CPU وارد می‌شود.

2. اجرای نرم‌افزارهای سنگین

نرم‌افزارها و اپلیکیشن‌های سنگین که نیاز به پردازش‌های پیچیده دارند می‌توانند مصرف CPU را به شدت افزایش دهند. این نرم‌افزارها ممکن است شامل پایگاه‌های داده، سرورهای وب و برنامه‌های کاربردی باشند.

3. بهینه نبودن کد

کدهای برنامه‌نویسی که بهینه نشده‌اند و شامل حلقه‌های بی‌پایان یا الگوریتم‌های ناکارآمد هستند می‌توانند منجر به مصرف بیش از حد CPU شوند. بهینه‌سازی کد و استفاده از الگوریتم‌های کارآمد می‌تواند این مشکل را کاهش دهد.

4. فرآیندهای پس‌زمینه

وجود تعداد زیادی فرآیند پس‌زمینه که به طور مداوم در حال اجرا هستند می‌تواند منابع CPU را مصرف کند. این فرآیندها ممکن است شامل بروزرسانی‌های سیستم، سرویس‌های نظارت و مانیتورینگ، و سایر برنامه‌های کمکی باشند.

5. حملات DDoS

حملات DDoS (حملات محروم‌سازی از سرویس) یکی از دلایل رایج افزایش مصرف CPU است. در این نوع حملات، تعداد زیادی درخواست جعلی به سمت سرور ارسال می‌شود که می‌تواند منابع سرور را به طور کامل مصرف کند و عملکرد آن را مختل کند.

6. مشکلات سخت‌افزاری

نقص‌های سخت‌افزاری یا عدم تطابق سخت‌افزار با نیازهای سیستم نیز می‌تواند منجر به افزایش مصرف CPU شود. به عنوان مثال، پردازنده‌های قدیمی یا ناکارآمد ممکن است نتوانند پاسخگوی نیازهای پردازشی باشند.

علت افزایش مصرف CPU در حمله DDOS

حملات DDOS، که مخفف Distributed Denial of Service است، با هدف ایجاد اختلال یا قطع دسترسی کاربران به یک وب سایت یا سرویس آنلاین طراحی شده‌اند. این حملات از طریق ارسال درخواست‌های انبوه به سرور مقصد انجام می‌شوند تا منابع سیستمی مانند پردازنده (CPU)، حافظه (RAM)، و پهنای باند شبکه را به شدت به چالش بکشند. در نتیجه، سرور تحت فشار قرار می‌گیرد و ممکن است قادر به پاسخگویی به درخواست‌های معتبر نباشد.

کاهش مصرف CPU با افزایش تعداد درخواست‌ها در حمله DDOS

هنگامی که سرور مورد حمله قرار می‌گیرد، باید تلاش کند تا همه درخواست‌های ورودی را پردازش کند. این امر موجب مصرف بیش از حد منابع CPU می‌شود زیرا سرور سعی دارد تا با حجم بالایی از ترافیک نامعتبر سر و کار داشته باشد.

پردازش درخواست‌های انبوه یک چالش مهم برای بسیاری از سازمان‌ها و سیستم‌های فناوری اطلاعات است، به ویژه زمانی که به میزان قابل توجهی افزایش می‌یابند، مانند مواقع حملات DDOS یا در هنگام رویدادهای بزرگ همچون کمپین های تبلیغاتی که توجه زیادی را به خود جلب می‌کنند. برای مدیریت موثر این درخواست‌ها و حفظ کارایی سیستم‌ها، اقدامات و استراتژی‌های مختلفی وجود دارد:

1. ارتقا منابع سخت افزاری

• ارتقا افقی: افزایش تعداد سرورها برای توزیع بار درخواست‌ها. این کار با افزودن نمونه‌های جدید به مجموعه‌ای از سرورها انجام می‌شود تا بتوان بار کاری را بین آن‌ها تقسیم کرد.

فرض کنید یک وب‌سایت فروش آنلاین مانند Amazon با افزایش شدید ترافیک مواجه شده است. برای مدیریت بهتر این ترافیک، تعداد سرورهای وب و دیتابیس افزایش می‌یابد تا بار درخواست‌ها بین سرورها توزیع شود و همه سرورها به طور همزمان مشغول به کار باشند.

• ارتقا عمودی: ارتقاء منابع سخت‌افزاری موجود در یک سرور، مانند افزایش CPU، RAM یا ظرفیت دیسک، برای پردازش بیشتر درخواست‌ها.

یک شرکت نرم‌افزاری مانند Adobe تصمیم می‌گیرد که به جای افزودن سرورهای جدید، سرورهای موجود خود را ارتقا دهد. این شرکت با افزایش ظرفیت CPU و RAM سرورهای فعلی، توانایی پردازشی آنها را بالا می‌برد تا بتوانند بار بیشتری را مدیریت کنند.

2. بالانس بار (Load Balancing)

استفاده از بالانسرهای بار برای توزیع یکنواخت درخواست‌ها بین چندین سرور یا نمونه سرویس. این کار کمک می‌کند تا هیچ یک از سرورها تحت فشار بیش از حد قرار نگیرند و کارایی سیستم به طور کلی حفظ شود. فرض کنید یک وب‌سایت خبری مانند BBC از یک Load Balancer استفاده می‌کند تا ترافیک ورودی را بین چندین سرور وب توزیع کند. این کار باعث می‌شود که هیچ کدام از سرورها تحت فشار زیاد قرار نگیرند و کارایی وب‌سایت حفظ شود.

3. کشینگ (Caching)

ذخیره‌سازی داده‌های پردازش‌شده یا بسیار درخواست‌شده در حافظه کش برای دسترسی سریع‌تر و کاهش بار بر سرورهای پایگاه داده. کشینگ می‌تواند در سطح برنامه نرم‌افزاری یا سطح وب سرویس‌ها اعمال شود. وب‌سایتی مانند Wikipedia از کشینگ استفاده می‌کند تا محتواهای پرطرفدار خود را در حافظه کش ذخیره کند. این کار باعث می‌شود که درخواست‌های بعدی برای همان محتوا به سرعت پاسخ داده شود و بار بر سرورهای اصلی کاهش یابد.

4. Rate Limiting

محدود کردن تعداد درخواست‌هایی که از یک آدرس IP خاص در یک بازه زمانی مشخص پذیرفته می‌شوند. این اقدام می‌تواند از ازدحام بی‌رویه و سوءاستفاده جلوگیری کند. یک سرویس API مانند Twitter API از Rate Limiting استفاده می‌کند تا تعداد درخواست‌هایی که از یک آدرس IP خاص در هر دقیقه پذیرفته می‌شود را محدود کند. این کار از سوءاستفاده و حملات DDoS جلوگیری می‌کند.

5. استفاده از زیرساخت ابری

سرویس‌های ابری اغلب امکانات انعطاف‌پذیری بالا و مقیاس‌پذیری خودکار را فراهم می‌کنند که می‌تواند در زمان‌های نیاز به پردازش حجم زیادی از درخواست‌ها، بسیار مفید باشد. شرکتی مانند Netflix از سرویس‌های ابری AWS (Amazon Web Services) استفاده می‌کند. این سرویس‌ها به Netflix امکان می‌دهند تا به راحتی منابع خود را با توجه به ترافیک متغیر کاربران تنظیم کند و در زمان‌های اوج مصرف، منابع بیشتری در اختیار داشته باشد.

6. اولویت‌بندی درخواست‌ها

تشخیص و اولویت‌بندی درخواست‌های مهم یا بحرانی در مقایسه با درخواست‌های کم اهمیت‌تر، به منظور تضمین اینکه منابع سیستمی به بهترین شکل ممکن مورد استفاده قرار می‌گیرند. یک سامانه بانکی آنلاین مانند بانک ملت از سیستم‌های اولویت‌بندی درخواست‌ها استفاده می‌کند. در این سامانه، تراکنش‌های مالی و درخواست‌های بحرانی مانند انتقال وجه فوری نسبت به درخواست‌های کم‌اهمیت‌تر اولویت دارند تا منابع سیستم به بهترین شکل ممکن استفاده شوند.

7. مانیتورینگ و آلارم

پیکربندی سیستم‌های نظارتی برای شناسایی به موقع افزایش ناگهانی در تعداد درخواست‌ها و ارسال آلارم‌هایی برای اقدامات پیشگیرانه یا واکنشی. یک شرکت فناوری مانند Google از ابزارهای مانیتورینگ مانند Prometheus و Grafana استفاده می‌کند. این ابزارها به طور مداوم عملکرد سرورها و شبکه را نظارت می‌کنند و در صورت افزایش ناگهانی ترافیک یا مصرف منابع، آلارم‌هایی ارسال می‌کنند تا تیم فنی بتواند به سرعت واکنش نشان دهد و مشکلات را برطرف کند.

به کارگیری این استراتژی‌ها و روش‌ها می‌تواند به سازمان‌ها کمک کند تا در برابر حجم عظیمی از درخواست‌ها مقاومت کنند و از عملکرد مطلوب سیستم‌های خود اطمینان حاصل کنند.

کاهش CPU با افزایش اتصالات به CPU در حملات DDOS

برای هر درخواست ورودی، سرور باید یک اتصال جدید باز و پس از پردازش، آن اتصال را ببندد. این فرآیند نیازمند مصرف منابع CPU است و هنگامی که تعداد درخواست‌ها به شدت بالا می‌رود، فشار قابل توجهی بر پردازنده وارد می‌شود.

بازکردن و بستن اتصالات در سیستم‌های کامپیوتری و شبکه‌های ارتباطی از جمله فرآیندهایی است که به طور مداوم در هنگام برقراری ارتباط بین کلاینت‌ها (مانند مرورگرهای وب) و سرورها رخ می‌دهد. این فرآیند، به خصوص در محیط‌های وب و اپلیکیشن‌های آنلاین، نقش مهمی در مدیریت منابع و کارایی سیستم دارد. در ادامه، برخی از جنبه‌های مهم مربوط به بازکردن و بستن اتصالات را بررسی می‌کنیم:

1. فرآیند بازکردن اتصال

بازکردن یک اتصال شامل چندین مرحله است که در آن کلاینت و سرور تبادل اطلاعات می‌کنند تا یک کانال ارتباطی مطمئن برقرار کنند. این فرآیند معمولاً شامل مراحلی مانند سه‌دستی‌شدن (handshaking) در پروتکل TCP/IP است که زمینه‌ساز تبادل داده‌ها می‌شود.

2. مصرف منابع

هر اتصال باز شده نیازمند منابع سیستمی است، از جمله حافظه و CPU. وقتی تعداد اتصالات به طور همزمان افزایش می‌یابد، مصرف منابع نیز به طور قابل توجهی بالا می‌رود. این امر می‌تواند بر عملکرد سرور تأثیر بگذارد و در صورت عدم مدیریت صحیح، منجر به کاهش کارایی و حتی اختلال در سرویس شود.

3. بستن اتصالات

پس از اتمام تبادل داده‌ها، اتصال باید به صورت صحیح بسته شود تا منابع مورد استفاده آزاد گردند. عدم بسته‌شدن صحیح اتصالات می‌تواند منجر به نشت منابع و “اتصالات زامبی” شود که همچنان منابع را اشغال می‌کنند بدون اینکه هیچ فعالیت مفیدی انجام دهند.

4. مدیریت اتصال

برای کاهش بار ناشی از باز و بسته شدن مکرر اتصالات، روش‌های مختلفی برای مدیریت اتصالات وجود دارد:

اتصالات دائمی (Persistent Connections): که در آن اتصالات برای چندین درخواست و پاسخ مورد استفاده قرار می‌گیرند تا نیاز به باز و بسته کردن مکرر کاهش یابد.

استفاده از پول اتصال (Connection Pooling): که در آن یک مجموعه از اتصالات باز در دسترس قرار دارند و به صورت مشترک بین چندین درخواست استفاده می‌شوند.

5. کاهش بار اتصال

استفاده از فناوری‌هایی مانند AJAX در وب‌اپلیکیشن‌ها می‌تواند کمک کند تا درخواست‌ها و به‌روزرسانی‌های صفحه بدون نیاز به بارگذاری مجدد کامل صفحه و بازکردن اتصالات جدید انجام شود.

در نهایت، مدیریت موثر اتصالات یکی از جنبه‌های کلیدی بهینه‌سازی عملکرد سیستم‌ها و اپلیکیشن‌های تحت وب است. با استفاده از استراتژی‌های مناسب، می‌توان اطمینان حاصل کرد که منابع به شکل مؤثری مورد استفاده قرار می‌گیرند و کاربران تجربه‌ای روان و بدون اختلال را در هنگام استفاده از سرویس‌ها و اپلیکیشن‌ها خواهند داشت.

افزایش پردازش بسته های ورودی در حملات DDOS

در مواقعی که سرورها با حملات DDOS مواجه می‌شوند، استفاده از برنامه‌ها و اسکریپت‌های امنیتی برای شناسایی و مقابله با این تهدیدات بسیار مهم است. این ابزارهای امنیتی به طور مداوم ترافیک ورودی را تجزیه و تحلیل کرده و تلاش می‌کنند تا فعالیت‌های مخرب را از فعالیت‌های معمولی تمیز دهند. این فرآیند شامل بررسی دقیق پکت‌های داده بر اساس مجموعه‌ای از قوانین و الگوریتم‌های پیچیده برای تشخیص حملات است.

چگونگی عملکرد این برنامه‌ها

تجزیه و تحلیل ترافیک: برنامه‌های امنیتی تمام پکت‌های داده ورودی را بررسی می‌کنند تا نشانه‌هایی از رفتار مخرب، مانند الگوهای ترافیک غیرمعمول یا درخواست‌های مکرر و بیش از حد را شناسایی کنند.
اجرای قوانین امنیتی: بر اساس تجزیه و تحلیل انجام شده، این سیستم‌ها از قوانین پیش‌تعریف‌شده برای تصمیم‌گیری در مورد اینکه آیا یک ترافیک خاص باید به عنوان تهدید محسوب شود و مسدود گردد، استفاده می‌کنند.

تأثیر بر مصرف CPU

افزایش بار پردازشی: به دلیل حجم بالای ترافیک ورودی در حملات DDOS، سیستم‌های تشخیص و مقابله با حملات مجبور به پردازش تعداد زیادی از درخواست‌ها در زمان کوتاهی هستند، که این امر مصرف CPU را به شدت افزایش می‌دهد.
استفاده از منابع برای تحلیل و فیلترینگ: برنامه‌های امنیتی برای تجزیه و تحلیل ترافیک و اجرای قوانین فیلترینگ، به منابع قابل توجهی نیاز دارند. در طول یک حمله DDOS، تقاضا برای این منابع به شدت افزایش می‌یابد.

در نهایت، اگرچه اجرای برنامه‌های امنیتی برای محافظت از سرورها در برابر حملات DDOS ضروری است، اما مدیریت منابع و بهینه‌سازی عملکرد آن‌ها برای جلوگیری از افزایش بیش از حد مصرف CPU و تضمین پایداری سیستم اهمیت دارد.

تلاش برای برقراری اتصالات مجدد

در برخی موارد، حملات DDOS شامل تلاش‌های مکرر برای برقراری اتصال به سرور پس از قطع شدن اتصالات ناشی از سیاست‌های محدودیت است. این تلاش‌های مکرر می‌توانند منجر به افزایش فشار بر CPU شوند زیرا سرور باید به طور مداوم اتصالات جدید را مدیریت کند. در زمان حملات DDOS، حمله‌کنندگان ممکن است از تکنیک‌هایی استفاده کنند که شامل تلاش‌های مکرر برای برقراری اتصالات به سرور می‌شود، حتی پس از اینکه این اتصالات به دلیل سیاست‌های محدودیت و امنیتی قطع شده‌اند. این روش می‌تواند به شدت بر منابع سرور، به ویژه بر پردازنده (CPU)، فشار آورد. دلایل این فشار و روش‌های مقابله با آن شامل موارد زیر است:

دلایل فشار بر CPU  در برقرار اتصالات ورودی

پردازش اتصالات جدید: هر بار که یک اتصال جدید تلاش می‌کند تا برقرار شود، سرور باید منابعی را برای پردازش این درخواست اختصاص دهد. این فرایند شامل بررسی داده‌های ارسالی، تطبیق با سیاست‌های امنیتی و تصمیم‌گیری در مورد قبول یا رد کردن اتصال است.

بازکردن و بستن مکرر اتصالات: فرآیند باز و بسته کردن اتصالات به طور مکرر منابع بیشتری از CPU را در مقایسه با حالت عادی مصرف می‌کند.

تلاش برای دور زدن محدودیت‌ها: حمله‌کنندگان ممکن است تکنیک‌های پیشرفته‌ای را به کار ببرند تا از سیاست‌های محدودیت امنیتی دور بزنند، که این امر نیاز به پردازش‌های بیشتر و پیچیده‌تری از سوی CPU دارد.

در مجموع، حملات DDOS با افزایش بار بر سرورها و به ویژه بر منابع CPU، سعی در ایجاد اختلال و قطع دسترسی به سرویس‌ها دارند. این افزایش بار می‌تواند منجر به کندی سرور، اختلال در خدمات و در نهایت، عدم دسترسی کاربران به وب‌سایت یا سرویس آنلاین شود.

تاثیر حملات DDOS  بر فشار CPU  هاست و سرور

حملات DDOS می‌توانند هم بر روی هاست‌های اشتراکی و هم بر روی سرورهای اختصاصی تأثیر قابل توجهی بگذارند، اما نحوه و میزان تأثیرگذاری آن‌ها متفاوت است. تفاوت‌های کلیدی در اینکه چگونه هر یک از این محیط‌ها تحت تأثیر فشار ناشی از CPU در حین یک حمله DDOS قرار می‌گیرند، به شرح زیر است:

هاست اشتراکی

تأثیر مشترک: در یک محیط هاست اشتراکی، منابع (از جمله CPU) بین چندین وب‌سایت به اشتراک گذاشته می‌شوند. بنابراین، حمله DDOS به یکی از وب‌سایت‌های میزبانی شده می‌تواند بر عملکرد سایر وب‌سایت‌های موجود بر روی همان سرور تأثیر بگذارد.

محدودیت منابع: به دلیل اشتراک منابع، وب‌سایت‌های میزبانی شده در یک هاست اشتراکی ممکن است به سرعت منابع موجود را به پایان برسانند، که این امر می‌تواند به سرعت به کاهش کارایی یا حتی از دسترس خارج شدن وب‌سایت‌ها منجر شود.

سرور اختصاصی

کنترل بیشتر بر منابع: در یک سرور اختصاصی، تمام منابع سرور، از جمله CPU، فقط برای یک مشتری اختصاص داده شده است. این امر به مدیران سیستم اجازه می‌دهد تا استراتژی‌های دفاعی موثرتری را علیه حملات DDOS پیاده‌سازی کنند.

تاب‌آوری بیشتر در برابر حملات: سرورهای اختصاصی معمولاً قادر به تحمل بار بیشتری نسبت به هاست‌های اشتراکی هستند، زیرا منابع بیشتری در اختیار دارند. با این حال، آن‌ها همچنان آسیب‌پذیر هستند، به ویژه اگر حمله به اندازه کافی بزرگ باشد.

آیا افزایش CPU، قطعی DDOS را مهار می‌کند؟

افزایش قدرت پردازش CPU می‌تواند تا حدی به سرورها کمک کند تا در برابر فشار ناشی از حملات DDOS مقاوم‌تر باشند، اما این راهکار به تنهایی نمی‌تواند جلوی دان شدن سرویس (سرویس قطع شود) را به طور کامل بگیرد. حملات DDOS طراحی شده‌اند تا منابع سیستمی را با ارسال تعداد زیادی درخواست به طور همزمان اشباع کنند. این امر شامل نه تنها CPU، بلکه حافظه (RAM)، پهنای باند شبکه و دیگر منابع سیستمی می‌شود. در نتیجه، اگرچه افزایش قدرت پردازش CPU می‌تواند به بهبود توانایی سرور برای پردازش درخواست‌ها کمک کند، اما نمی‌تواند به تنهایی از عواقب یک حمله DDOS محافظت کاملی ارائه دهد.

آسیب های فیزیکی به CPU در اثر حملات DDOS

حملات دیداس به طور مستقیم باعث آسیب فیزیکی به CPU یا سایر قطعات سخت‌افزاری نمی‌شوند. این نوع حملات بیشتر از طریق اشباع کردن پهنای باند شبکه، استفاده بیش از حد از منابع سیستمی مانند CPU و حافظه (RAM)، و ایجاد اختلال در دسترسی به سرویس‌ها انجام می‌پذیرد. هدف از حملات DDOS، قطع دسترسی کاربران معتبر به یک وب‌سایت یا سرویس آنلاین است، نه ایجاد خسارت فیزیکی به تجهیزات.

چرا حملات DDOS آسیب فیزیکی به CPU نمی‌زنند؟

طراحی مقاوم سخت‌افزاری: CPU‌ها و سایر قطعات سخت‌افزاری برای تحمل بارهای کاری سنگین و درازمدت طراحی شده‌اند. اگرچه استفاده مداوم و سنگین می‌تواند بر دمای سیستم تأثیر بگذارد، اما سیستم‌های خنک‌کننده مدرن به خوبی قادر به مدیریت این شرایط هستند.

نظارت و مدیریت داخلی: سیستم‌های کامپیوتری معمولاً دارای مکانیزم‌های نظارت داخلی برای جلوگیری از آسیب دائمی هستند. به عنوان مثال، اگر CPU به دمای بحرانی برسد، سیستم ممکن است خود به خود خاموش شود تا از آسیب جلوگیری کند.

محدودیت‌های نرم‌افزاری: سیستم‌عامل‌ها و نرم‌افزارهای مدیریت سیستم می‌توانند از افزایش بیش از حد استفاده از منابع جلوگیری کنند و با اعمال محدودیت‌هایی بر روی فرآیندها و کاربردها، از بروز مشکلات احتمالی پیشگیری نمایند.

نکته مهم

اگرچه حملات DDOS به طور مستقیم باعث آسیب فیزیکی به CPU نمی‌شوند، اما مدیریت نامناسب سیستم در برابر بارهای کاری سنگین ناشی از این حملات می‌تواند در درازمدت به کاهش عمر مفید قطعات منجر شود. بهینه‌سازی سیستم برای مدیریت منابع به شکل مؤثر و استفاده از راهکارهای امنیتی مناسب برای کاهش اثر حملات DDOS اهمیت دارد.