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Linux 系统性能优化

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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

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