Linux系统性能优化思路和优化方法

Linux系统性能优化思路和优化方法

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/hbasc/mongodb)

(3)磁盘10

•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fscko

•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7T高、数据安全要求7T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活励等进行监

视。

常用方式：vmstat23

表示每3秒更新一次瑜出信息，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

or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的人数，说明CPU不足，需要增加CPUo

ob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

oswpd列表示切换到内存交换区的内存数量（以k为单位）。如昊

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「一般不用担心，不会影响系统性能。

Ofree列表示当前空闲的物理内存数量（以k为单位）

□buff列表示bufferscache的内存数量，一般对块设备的读写才

需要缓冲。

Ocache列表示pagecached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10中bi比较小，说明文件

系统效率比较好。

•swap

osi列表示由放盘调入内存，也就是内存进入内存交换区的数量。

oso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。

•10项显示磁盘读写状况

oBi列表示从块设备读入数据的总量（即读磁盘）（每秒kb）o

oBo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10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

oin列表示在某一时间间隔中观测到的每秒设备中断数。

ocs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。

OUS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。

osy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。

oid列显示了CPU处在空闲状态的时间百分比。

owa列显示了10等待所占用的CPU时间百分比。wa值越高，说明

TO等待越严重，根据经验，wa的参考值为20%,如果wa超过

20%,说明10等待严重,引起10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/Ostatistics（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-c35

其中，-c表示显示CPU的使用情况，-山显示放盘的使用情况。

(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，由瑜出可知，此系统共8G内

存，系统空闲内存还有925M,其中，BufferCache占用了243M,PageCache

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BufferCache和

PageCache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〈20%

时，表示系统内存资源紧缺，需要增加系统内存，20冰应用程序可用内存/系统

物理内存＜70%时，表示系统内存资源基本能满足应用需求，暂时不影响系统性

能。

（2）sar/pidstat

此两个命令主要用于监控全部或指定进程占用系统资源的情况，如CPU,内

存、设备10。

三个公用参数：-U（获取CPU状态）、-r（获取内存状态）、-d（获取磁

盘）

常用组合：

sar-u3获取cpu3秒内的状态

pidstat-r-p13获取内存3秒内的状态

看看以上两个命令的差别？

请看下面的一个输出:

其中：

Kbmcmfrce表示空闲物理内存大小，kbmcmused表示已使用的物理内存空间大

小，%memused表示已使用内存占总内存大小的百分比，kbbuffers和

kbcached分别表示BufferCache和PageCache的大小，kbcommit

和%commit分别表示应用程序当前使用的内存大小和使用百分比。

可以看出sar的输出其实与free的输出完全对应，不过sar更加人性化，

不但给出了内存使用量，还给出了内存使用的百分比以及统计的平均值。

从%commit项可知，此系统目前内存资源充足。

3、磁盘性能评估

(1)iostat-d组合

iostat-d23

通过“iostat-d”命令组合也可以查看系统磁盘的使用状况，请看如下输

出：

对上面每项的输出解释如下：

•Blk_read/s表示每秒读取的数据块数。

•Blk_wrtn/s表示每秒写入的数据块数。

•Blk_read表示读取的所有块数。

•Blk_wrtn表示写入的所有块数。

(2)pidstat-d-p318873

(3)sar-d23

通过“sar-d”组合，可以对系统的磁盘10做一个基本的统计，请看下面的

一个输出:

>

对上面每项的输出解释如下：

•DEV表示磁盘设备名称。

•tps表示每秒到物理磁盘的传送数，也就是每秒的I/O流量。一个传送

就是一个I/O请求，多个逻辑请求可以被合并为一个物理I/O请求。

•rd_sec/s表示每秒从设备读取的扇区数（1扇区=512字节）。

•wr_sec/s表示每秒写入设备的扇区数目。

•avgrq-sz表示平均每次设备I/O操作的数据大小（以扇区为单位）。

•avgqu-sz表示平均I/O队列长度。

•await表示平均每次设备I/O操作的等待时间（以毫秒为单位）。

•svctm表示平均每次设备I/O操作的服务时间（以毫秒为单位）。

•%util表示一秒中有百分之几的时间用于I/O操作。

Linux中I/O请求系统与现实生活中超市购物排队系统有很多类似的地方，通

过对超市购物排队系统的理解，可以很快掌握l：nux中I/O运行机制。比

如：

•avgrq-sz类似于超市排队中每人所买东西的多少。

•avgqu-sz类似于超市排队中单位时间内平均排队的人数。

•await类似于超市排队中每人的等待时间。

•svctm类似于超市排队中收银员的收款速度。

•%util类似于超市收银台前有人排队的时间比例。

对于磁盘10性能，一般有如下评判标准：

正常情况下svctm应该是小于await值的，而svctm的大小和磁盘性能有

关，CPU、内存的负荷也会对svctm值造成影响，过多的请求也会间接的导致

svctm值的增加。

await值的大小一般取决于svctm的值和I/O队列