Linux系统调优介绍

曾经终败给现在 2023-09-24 22:46 49阅读 0赞

## 前言： ##

Linux服务器运行了很多应用，在高负载下，服务器可能会出现性能瓶颈，例如CPU利用率过高、内存不足、磁盘I/O瓶颈等，从而导致系统卡顿，服务无法正常运行等问题。所以针对以上问题，可以通过调整内核参数和系统的相关组件，优化应用程序来提高服务器的性能和稳定性，避免系统崩溃和服务中断。

#### Linux系统优化考虑的两个方面： ####

*  硬件层面：例如加内存、换用企业级SSD、提高带宽等操作。
 *  软件层面：系统内核参数、硬盘IO以及资源分配方面的配置。

#### 在软件层面如何进行系统优化： ####

主要从系统内核参数、CPU、IO、网络、内存这几个方面来进行优化。

*  内存调优：优化系统的内存使用效率，减少内存泄漏和内存碎片等问题。
 *  磁盘调优：提高磁盘的读写速度和可靠性，减少数据丢失和损坏的风险。
 *  CPU调优：优化CPU的利用率，提高系统的性能和稳定性。
 *  网络调优：提高网络的性能和稳定性，减少数据传输的延迟和丢失。
 *  进程和线程调优：优化系统的进程调度算法、减少进程和线程的竞争等，提高系统的并发性能和稳定性。

#### 系统优化的步骤： ####

1、使用系统监控工具、性能测试工具等，收集系统的性能数据和指标，了解系统当前的运行状态，从而识别系统的瓶颈和优化空间。

2、使用追踪工具进行追踪，定位到具体的应用程序和进程。

3、根据定位到的应用程序和进程进行分析，分析导致出问题的原因，从而对内存、磁盘、CPU等方面进行优化。

#### 系统性能的相关概念： ####

**IOPS**：Input/Output Per Second。是指每秒钟可以进行的输入/输出操作次数，是衡量存储设备性能的重要指标之一

**吞吐量**：Throughput。系统在单位时间内能够处理的事务数量。

**响应时间**：Response Time。系统从接收请求到返回结果所需的时间。

**带宽**：Bandwidth。数据传输的速度，通常以每秒传输的比特数（bps）或字节（Bps）来衡量。

**延时**：Latency。指从请求发出到收到响应所需的时间。

**瓶颈**：Bottleneck。操作系统中限制系统性能的关键因素或资源。当系统中某个组件的处理能力达到极限，无法满足其他组件的需求时，就会出现瓶颈。

**工作负载**：Workload。是指计算机系统中正在运行的应用程序或任务的集合。

**缓存**：cache。缓存的作用就是用来提高系统性能的一种技术。

**CPU缓存：**：CPU缓存是一种硬件设备，通常是集成在CPU芯片中。CPU缓存分为三个级别，包括L1、L2和L3缓存，这些级别按照缓存大小和访问速度逐渐递减。用于存储CPU需要频繁访问的数据和指令，以便更快地执行计算任务。CPU缓存速度非常快，通常比内存缓存快几个数量级，因此能够大大提高计算机的运行速度。

**内存缓存**：内存缓存通常是通过在系统内存中划分出一部分空间来实现的，这部分空间被称为缓存区。缓存区是由操作系统内核管理的，它在系统启动时就被分配出来，并在系统运行期间一直存在。

当应用程序需要访问内存中的数据时，内存缓存会首先检查缓存区中是否已经缓存了该数据。如果已经缓存，则可以直接从缓存区中读取数据，从而避免了从内存中读取数据的时间和能耗。如果缓存区中没有该数据，则需要从内存中读取，并将数据存储到缓存区中以供下一次访问使用。

**缓冲**：Buffer。缓冲通常是在内存中分配一块空间来实现的，这些空间被称为缓冲区。缓冲区是用于临时存储数据的区域，数据在这里被暂时保存并等待被进一步处理。

如将数据从一个设备传输到另一个设备时，缓冲可以暂存数据，以防止数据在传输过程中丢失或损坏。因为如果发送方速度太快，接受方不能及时接收就会导致数据丢失。

> 输入缓冲区(Input Buffer)：用于存储输入设备(例如键盘、鼠标等)发送过来的数据，等待系统进一步处理。
> 
> 输出缓冲区(Output Buffer)：用于存储输出设备(例如打印机、屏幕等)接受数据，等待设备进行处理。
> 
> 文件缓冲区(File Buffer)：用于存储文件数据的内存区域，通过将文件数据缓存到内存中，可以减少访问磁盘的次数，提高文件读写的效率。
> 
> 磁盘缓存(Disk Cache)：用于存储磁盘上的数据，通过将常用的数据缓存到内存中，可以加速磁盘访问，提高系统的性能。

## Linux资源信息的监控 ##

通过对系统性能参数的监控和收集，了解当前系统的负载、CPU使用情况，内存使用、IO等信息。

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### 一：查看系统整体的信息： ###

#### 1、vmstat工具 ####

vmstat是系统自带的一个工具，**vmstat主要查看的是内存和进程的使用情况**，其它例如进程、系统IO、上下文切换这些信息也可以查看。

例如：

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**procs：显示进程的活动情况。**

**r** ：正在运行的以及处于排队状态的线程数,这个值和进程有关系，如果值长期大于cpu的核数（lscpu查看cpu个数），说明cpu不够,任务运行的进程太多。  
  **b** ：进程阻塞的数量，阻塞状态就是一只处于排队状态。这个值长期大于0就表明cpu资源严重不够了。一直轮不到给你分配cpu

**memory：显示系统的内存使用情况。**

**swap**：交换分区使用了多少。0表示还没有任何使用，如果已经开始使用交换分区了，说明内存已经不够用了  
**  buff**：缓冲区还剩多少 单位为k，一般是往硬盘里面写的时候会占用这个值。  
**  cache**：缓存还剩多少 单位也是k

**swap：显示系统的交换空间使用情况。**

说明：si和so只要大于0，说明内存有问题了。例如内存泄露、内存不够等情况。  
  **si**：swap input：硬盘到交换分区的一个大小。  
**  so**：swap output：从交换分区到硬盘的一个大小。

**io：显示系统的磁盘I/O活动情况。**

**bi**：往硬盘里面写的一个值  
**  bo**：往硬盘里面读的一个值。单位是k  
  说明：如果系统的bi和bo值很大，说明io有问题。

**system：显示系统的CPU使用情况。**

**in**：中断的数目，  
**  cs**：上下文切换的数目  
  说明：如果系统中存在大量的上下文切换和终端，说明系统可能存在某些问题

**cpu：显示系统的CPU使用率。**

**us**：用户进程所消耗的时间  
**  sy**：系统进程消耗的一个时间  
**  id**：系统的空闲时间  
  **wa**：硬盘io出现了阻塞，数据太多入口被堵死了。但是写不进去，所以就开始等待。 如果wa这个值比较大说明cpu的资源够，但是io有问题导致浪费了cpu。  
**  st**：在虚拟化的时候会用到。

#### 2、mpstat工具 ####

mpstat工具和vmstat不同点在于mpsta**t主要监视CPU使用情况**，包括每个CPU的使用率、上下文切换、中断和软中断等信息。

例如：

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**CPU：**显示每个CPU的编号，all表示所有的cpu

**%usr**：显示用户空间进程使用CPU的百分比。

说明：如果%usr较高，表示用户空间进程占用了大量CPU资源，可能是某个进程出现了问题或者某个进程需要更多的CPU资源。

**%nice**：显示优先级较低的用户空间进程使用CPU的百分比。

**%sys**：显示内核空间进程使用CPU的百分比。

说明：如果%sys较高，表示内核空间进程占用了大量CPU资源，可能是某个内核模块出现了问题或者某个进程在等待内核资源。

**%iowait**：显示CPU等待I/O完成的百分比。

说明：如果%iowait较高，表示CPU正在等待I/O操作完成，可能是磁盘、网络或其他I/O设备出现了瓶颈。

**%irq**：显示CPU处理硬件中断的百分比。

说明：如果%irq较高，表示CPU正在处理大量硬件中断，可能是某个硬件设备出现了问题。

**%soft**：显示CPU处理软件中断的百分比。

说明：如果%soft较高，表示CPU正在处理大量软件中断，可能是某个进程出现了问题或者某个内核模块在处理大量请求。

**%steal**：显示被虚拟机偷走的CPU时间的百分比。

**%guest**：显示虚拟机使用CPU的百分比。

**%idle**：显示CPU空闲的百分比。

说明：如果%idle较低，

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