Linux 系统性能优化

赵小心

一、影响 Linux 性能的各种因素
1、系统硬件资源
（1）CPU
如何判断多核 CPU 与超线程
消耗 CPU 的业务：动态 web 服务、mail 服务
（2）内存

• 物理内存与 swap 的取舍
  
• 选择 64 位 Linux 操作系统
  

消耗内存的业务：内存数据库（redis/hbase/mongodb）
（3）磁盘 IO

• RAID 技术（RAID0/1/5/01/10）
  
• SSD 磁盘
  

消耗磁盘的业务：数据库服务器
（4）网络带宽

• 网卡/交换机的选择
  
• 操作系统双网卡绑定
  

消耗带宽的业务：hadoop 平台、视频业务平台
2、操作系统相关资源
（1）系统安装优化
磁盘分区、RAID 设置、swap 设置
（2）内核参数优化
ulimit -n（最大打开文件数）
ulimit -u（最大用户数）
（3）文件系统优化

• ext2：Linux 下标准文件系统，无日志记录（inode）功能。
  
• ext3：在ext2 基础上增加了日志记录功能（inode），仅支持 32000 个子目录。
  
• ex4：ext3 的后续版本，Linux2.6.28 内核开始支持。无限子目录支持，快速 fsck。
  
• xfs：高性能文件系统，Linux3.10 内核开始默认支持。
  

建议：
读操作频繁，同时小文件众多的应用：首选 ext4 文件系统，接下来依次是 xfs、ext3
写操作频繁的应用，首选是 xfs，接下来依次是 ext4 和 ext3
对性能要求丌高、数据安全要求丌高的业务，ext3 是比较好的选择。
3、程序问题
此类问题需要开发人员查看代码，介入处理。但作为运维人员需要给出程序问题的有力证据。
 
二、Linux 性能优化工具
1、CPU 性能评估工具
（1）vmstat（系统默认自带）
利用 vmstat 命令可以对操作系统的内存信息、进程状态、CPU活劢等进行监视。
常用方式：vmstat 2 3
表示每 3 秒更新一次输出信息，统计 5 次后停止输出。
下面是 vmstat 命令在某个系统的输出结果：

对上面每项的输出解释如下：

• procs
  

• r 列表示运行和等待 cpu 时间片的进程数， 这个值如果长期大于系统CPU 的个数，说明 CPU 不足，需要增加 CPU。
  
• b 列表示在等待资源的进程数，比如正在等待 I/O、或者内存交换等。
  

• memory
  

• swpd 列表示切换到内存交换区的内存数量（以 k为单位） 。如果 swpd 的值不为0，或者比较大，只要 si、so 的值长期为 0，这种情况下一般不用担心，不会影响系统性能。
  
• free列表示当前空闲的物理内存数量（以 k为单位）
  
• buff 列表示 buffers cache的内存数量，一般对块设备的读写才需要缓冲。
  
• cache列表示 page cached 的内存数量，一般作为文件系统 cached，频繁访问的文件都会被 cached，如果 cache 值较大，说明 cached 的文件数较多，如果此时 IO 中 bi比较小，说明文件系统效率比较好。
  

• swap
  

• si列表示由磁盘调入内存，也就是内存进入内存交换区的数量。
  
• so 列表示由内存调入磁盘，也就是内存交换区进入内存的数量。
  

一般情况下， si、 so 的值都为 0， 如果 si、 so 的值长期不为 0， 则表示系统内存不足。需要增加系统内存。

• IO 项显示磁盘读写状况
  

• Bi列表示从块设备读入数据的总量（即读磁盘） （每秒 kb） 。
  
• Bo 列表示写入到块设备的数据总量（即写磁盘） （每秒 kb）。
  

这里我们设置的 bi+bo 参考值为 1000，如果超过 1000，而且 wa值较大，则表示系统磁盘 IO 有问题，应该考虑提高磁盘的读写性能。

• system 显示采集间隔内发生的中断数
  

• in 列表示在某一时间间隔中观测到的每秒设备中断数。
  
• cs 列表示每秒产生的上下文切换次数。
  

上面这 2 个值越大，会看到由内核消耗的 CPU 时间会越多。

• CPU 项显示了 CPU 的使用状态，此列是我们关注的重点。
  

• us 列显示了用户进程消耗的 CPU 时间百分比。us 的值比较高时，说明用户进程消耗的 cpu 时间多，但是如果长期大于 50%，就需要考虑优化程序或算法。
  
• sy列显示了内核进程消耗的 CPU 时间百分比。Sy的值较高时，说明内核消耗的CPU 资源很多。
  

根据经验， us+sy的参考值为 80%， 如果 us+sy大于 80%说明可能存在 CPU 资源不足。

• id 列显示了 CPU 处在空闲状态的时间百分比。
  
• wa 列显示了 IO 等待所占用的 CPU 时间百分比。wa 值越高，说明 IO 等待越严重，根据经验，wa 的参考值为 20%，如果 wa 超过 20%，说明 IO 等待严重，引起 IO 等待的原因可能是磁盘大量随机读写造成的， 也可能是磁盘或者磁盘控制器的带宽瓶颈造成的（主要是块操作） 。
  

综上所述， 在对 CPU 的评估中， 需要重点注意的是procs 项 r 列的值和 CPU 项中 us、sy和 id 列的值。
（2）iostat（需要安装 sysstat 工具包）
iostat 是 I/O statistics（输入/输出统计）的缩写，主要的功能是对系统的磁盘 I/O 操作进行监视。
常用方式：iostat -c 3 5
其中，-c 表示显示CPU 的使用情况，-d：显示磁盘的使用情况。
（3）uptime 命令
uptime 是监控系统性能最常用的一个命令，主要用来统计系统当前的运行状况，输出的信息依次为：系统现在的时间、 系统从上次开机到现在运行了多长时间、 系统目前有多少登陆用户、系统在一分钟内、五分钟内、十五分钟内的平均负载。
2、内存性能评估
（1）free 命令
free 命令是监控 linux 内存使用状况最常用的指令
常见用法：free –m
看下面的一个输出：

“free –m”表示以 M为单位查看内存使用情况，在这个输出中，我们重点关注的应该是 free 列与 cached 列的输出值，由输出可知，此系统共 8G 内存，系统空闲内存还有925M，其中，Buffer Cache 占用了 243M，Page Cache 占用了 6299M，由此可知系统缓存了很多的文件和目录，而对于应用程序来说，可以使用的内存还有 7468M，当然这个 7468M 包含了 Buffer Cache 和 Page Cache 的值。在 swap 项可以看出，交换分区还未使用。所以从应用的角度来说，此系统内存资源还非常充足。

一般有这样一个经验公式：应用程序可用内存/系统物理内存>70%时，表示系统内存资源非常充足，不影响系统性能，应用程序可用内存/系统物理内存